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C++ Academy · レッスン

C++20 Rangesライブラリ入門

イテレーターのペアではなく範囲を受け取るstd::rangesアルゴリズムを使います。

「C++20 Rangesライブラリ入門」はCoddyKit上の無料C++ Academyレッスンです。 これはレッスン3/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはC++ Academy学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 C++ Academyコースには全4レッスンが含まれています。

Ranges を使う理由

従来の STL では、イテレータのペア（v.begin(), v.end()）を渡します。C++20 の ranges では、単一の range 値を渡せ、合成も可能です。

Ranges のインクルード

<ranges> をインクルードします。アルゴリズムには std::ranges、遅延ビューには std::views の名前空間を使用します。

#include <ranges>
#include <algorithm>

Range アルゴリズム

標準アルゴリズムにはすべて、2つのイテレータの代わりに範囲を受け取る ranges 版があります。

std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
std::ranges::sort(v);             // sort the whole range
auto it = std::ranges::find(v, 4);

射影関数

Range アルゴリズムは、任意の projection（各要素に対して比較前に適用する関数）を受け取れます。これにより、カスタム比較関数を記述せずに済みます。

struct Person { std::string name; int age; };
std::vector<Person> people;
std::ranges::sort(people, {}, &Person::age);
// sort by age, default comparison

Range とは

range とは、begin() と end() をサポートするあらゆるものです。コンテナや配列に加え、C++20 ではセンチネルを公開するカスタム型も該当します。

センチネル

C++20 では、end() を sentinel（センチネル）へと一般化しました。センチネルはイテレータと同じ型である必要がありません。入力ストリームや無限範囲に便利です。

ビュー：遅延範囲パイプライン

view は要素を必要に応じて生成する、所有権を持たない範囲です。パイプ演算子 | で合成できます。

auto squares = v
    | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; })
    | std::views::transform([](int x) { return x * x; });

for (int x : squares) std::cout << x << " ";

遅延評価

ビューは反復されるまで、メモリを確保せず、処理も実行しません。filter | transform | take(5) は変換後の最初の5個の値だけを生成し、それ以上は生成しません。

借用範囲とライフタイム

ビューは元の範囲を借用します。元の範囲が破棄されると、ビューはダングリング状態になります。一時オブジェクトに対するビューには注意が必要ですが、C++20 では安全対策が追加されています。

Eager と Lazy

アルゴリズムは結果を即座に生成します（その場で計算します）。ビューは遅延評価されます（反復時に計算します）。結果を実体化する必要があるかどうかに応じて選択してください。

パフォーマンス

遅延パイプラインを使うと、中間コンテナを回避できます。コンパイラーは多くの場合、パイプラインを単一のループであるかのように最適化します。確認するには godbolt で調べてください。

移行への道筋

C++20 を使用できない場合は、Eric Niebler の range-v3 のようなライブラリによって、C++14/17 でも同じモデルを利用できます。将来の移行を容易にするため、今のうちに学んでおく価値があります。

理解度チェック

C++20 の ranges が、イテレータペアを使う従来の STL スタイルより優れている主な点は何ですか。

まとめ

C++20 の ranges は STL アルゴリズムを現代化します。単一の範囲を渡し、射影を使用し、ビューによる遅延パイプラインを構築できます。パイプ演算子を使うと、filter、transform、take を組み合わせて、明確で宣言的なコードを記述できます。

よくある質問

「C++20 Rangesライブラリ入門」レッスンは無料ですか？

はい。「C++20 Rangesライブラリ入門」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し（組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター）、C++ Academyコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 C++ Academyコースには全4レッスンが含まれています。

「C++20 Rangesライブラリ入門」で何を学びますか？

イテレーターのペアではなく範囲を受け取るstd::rangesアルゴリズムを使います。 ブラウザで直接実行するハンズオンコードでC++ Academyを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。

C++ Academyを始めるのに経験は必要ですか？

事前経験は必要ありません。CoddyKitのC++ Academyは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン3/4です。

「C++20 Rangesライブラリ入門」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか？

ほとんどのCoddyKitレッスンは約5～10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。

このC++ Academyレッスンでコードを書いて実行できますか？

はい。すべてのC++ Academyレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。

このコースのすべてのレッスン

  1. イテレーターカテゴリー：input、forward、bidirectional、random
  2. イテレーターの一般的なパターン：begin、end、advance
  3. C++20 Rangesライブラリ入門
  4. 範囲アダプター：views::filter、transform、take
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