用c++11打造类似于python的range

浏览数：16 / 时间：2015年06月08日

　　python中的range函数表示一个连续的有序序列，range使用起来很方便，因为在定义时就隐含了初始化过程，因为只需要给begin()和end()或者仅仅一个end()，就能表示一个连续的序列。还可以指定序列产生的步长，如range(0,10,8)产生的序列为[0, 8], 默认的步长为1，range(3)表示的序列是[0,1,2]。range的遍历也很方便：

for i in range(3):
    print i

　　c++11中增加了一项新特性range-based for循环，其实这也不是什么新东西，在c#、java和python等语言中已经有了。这种循环方式非常简洁，它的内部其实是对传统的begin()/end()方式的遍历做了包装，算是一个循环的语法糖。用法很简单：

//遍历vector
std::vector<int> v;
for(auto i : v)
{
    cout<<i<<endl;
}

//以只读方式遍历map
std::map<string, int> map;
for(const auto& item : map)
{
    cout << item->first<<item->second<<endl;
}

　　c++11的range-based for循环有意思的地方是他可以支持自定义类型的遍历，但是要求自定义类型满足三个条件：

要实现begin()和end()，他们分别用来返回第一个或最后一个元素的迭代器；
提供迭代终止的方法；
提供遍历range的方法；

满足这三个条件之后，我们自定义的类型就能支持range-based for循环了。

　　再回到刚才提到的python的range()，它很好用，但是c++中目前还没有类似的东西，虽然标准库中有很多容器如vector、list、queue、map、初始化列表和array等等都已经支持了range-based for循环，但是他们使用起来还是不够方便，比如要生成一个有序序列时，需要专门去初始化，如果有一个类似于python range的东西就比较完美了。虽然c++11现在没有，但我们可以自己用c++11去实现一个类似的range，而且我还想让这个range比python的range更强大，让它不仅仅能支持整数还能支持浮点数，同时还能双向迭代，实现这个range还是比较简单的，看看具体实现吧：

namespace Cosmos
{
    template<typename value_t>
    class RangeImpl
    {
        class Iterator;
    public:
        RangeImpl(value_t begin, value_t end, value_t step = 1) :m_begin(begin), m_end(end), m_step(step)
        {
            if (step>0&&m_begin >= m_end)
                throw std::logic_error("end must greater than begin.");
            else if (step<0 && m_begin <= m_end)
                throw std::logic_error("end must less than begin.");

            m_step_end = (m_end - m_begin) / m_step;
            if (m_begin + m_step_end*m_step != m_end)
            {
                m_step_end++;
            }
        }

        Iterator begin()
        {
            return Iterator(0, *this);
        }

        Iterator end()
        {
            return Iterator(m_step_end, *this);
        }

        value_t operator[](int s)
        {
            return m_begin + s*m_step;
        }

        int size()
        {
            return m_step_end;
        }

    private:
        value_t m_begin;
        value_t m_end;
        value_t m_step;
        int m_step_end;

        class Iterator
        {
        public:
            Iterator(int start, RangeImpl& range) : m_current_step(start), m_range(range)
            {
                m_current_value = m_range.m_begin + m_current_step*m_range.m_step;
            }

            value_t operator*() { return m_current_value; }

            const Iterator* operator++()
            {
                m_current_value += m_range.m_step;
                m_current_step++;
                return this;
            }

            bool operator==(const Iterator& other)
            {
                return m_current_step == other.m_current_step;
            }

            bool operator!=(const Iterator& other)
            {
                return m_current_step != other.m_current_step;
            }

            const Iterator* operator--()
            {
                m_current_value -= m_range.m_step;
                m_current_step--;
                return this;
            }

        private:
            value_t m_current_value;
            int m_current_step;
            RangeImpl& m_range;
        };
    };

    template<typename T, typename V>
    auto Range(T begin, T end, V stepsize)->RangeImpl<decltype(begin + end + stepsize)>
    {
        return RangeImpl<decltype(begin + end + stepsize)>(begin, end, stepsize);
    }

    template<typename T>
    RangeImpl<T> Range(T begin, T end)
    {
        return RangeImpl<T>(begin, end, 1);
    }

    template<typename T>
    RangeImpl<T> Range(T end)
    {
        return RangeImpl<T>(T(), end, 1);
    }
}

再看看测试代码：

void TestRange()
{
    cout << "Range(15):";
    for (int i : Range(15)){
        cout << " " << i;
    }
    
    cout << endl;
    cout << "Range(2,6):";
    for (int i : Range(2, 6)){
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;
    cout << "Range(10.5, 15.5):";
    for (float i : Range(10.5, 15.5)){
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;
    cout << "Range(35,27,-1):";
    for (int i : Range(35, 27, -1)){
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;
    cout << "Range(2,8,0.5):";
    for (float i : Range(2, 8, 0.5)){
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;
    cout << "Range(8,7,-0.1):";
    for (auto i : Range(8, 7, -0.1)){
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;

    cout << "Range(‘a‘, ‘z‘):";
    for (auto i : Range(‘a‘, ‘z‘))
    {
        cout << " " << i;
    }
    cout << endl;
}