C++20: 像Python一样逐行读取文本文件并支持切片操作

概要

逐行读取文本文件，并提取其中连续的几行，这对于 Python 来说是小菜一碟。 C++ 则很笨拙，语言不自带这些。这次我来拯救 C++ boys & girls，在 C++20 环境下，山寨一个 Python 下的逐行读文本文件、支持 slice 操作的代码，包含基础设施的实现和调用实例代码。

问题是什么？

data.csv

csv 复制代码

0,11,336,23,370
0,5,370,16,404
1,370,404,410,419
1,435,376,444,402
2,249,409,280,446
2,579,441,632,472

python 复制代码

filepath = "data.csv"

with open(filepath, "r") as f:
    # print('type(f):', type(f))
    lines = f.readlines()
    for line in lines[1:3]:
        print(line.strip())

    print('---')

    for line in lines[3:]:
        print(line.strip())

对于上述文本文件和 Python 代码，用 C++20 实现一个等效的代码：

基础设施代码，不限制行数
调用代码，尽可能和 Python 代码长得像，比如都是10行以内，切片操作也尽可能的直观

逐行读取文件 - C++ 实现

这个功能比较好实现，返回 vector 就可以了。文件读取使用的是 std::fstream，基于 RAII 思想创建和释放。对于每一行文本的读取，使用 std::getline() 来完成。

cpp 复制代码

#include <fstream>
#include <vector>
#include <string>

class TextIOWrapper
{
public:
    TextIOWrapper(const std::string& filepath)
    {
        ifs.open(filepath);
    }

    ~TextIOWrapper()
    {
        ifs.close();
    }

    std::string readline()
    {
        std::string line;
        std::getline(ifs, line);
        return line;
    }

    std::vector<std::string> readlines()
    {
        std::vector<std::string> lines;
        std::string line;
        while (std::getline(ifs, line))
        {
            lines.emplace_back(line);
        }
        return lines;
    }

private:
    std::ifstream ifs;
};

切片操作 - 基于C++20的实现

对于切片操作： Python 中的 [start:end], C++ 里并不支持； std::ranges 使用的管道操作符 |，可以用作这个目的。

std::ranges 笨拙的地方在于，只提供了 std::ranges::views::drop(start) 或 std::ranges::views::take(end-start) 这样的基础操作，从来不考虑调用者用起来多费劲。。。那么我们自行封装一个：

cpp 复制代码

namespace views {
    auto slice(size_t start, size_t end) {
        return std::ranges::views::drop(start) | std::ranges::views::take(end - start);
    }
    auto slice(size_t start) {
        return std::ranges::views::drop(start);
    }
}

调用代码 - C++

cpp 复制代码

#include <iostream>

int main()
{
    const std::string filepath = "data.csv";
    TextIOWrapper fin(filepath);

    auto lines = fin.readlines();

    for (auto line : lines | views::slice(1, 3))
    {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    printf("---\n");

    for (auto line : lines | views::slice(3))
    {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    return 0;
}

完整代码

https://github.com/zchrissirhcz/clumsy/commit/9273ccaf50c31a5b0c2190713dd696c7d0d200f4

总结

本文从简洁的 Python 读取文本文件和切片的代码出发，以相同简洁的调用代码为目标，使用常规的 C++ 封装方式实现了返回文件所有行或单独一行的操作；然后基于 C++20 的 std::ranges 实现了类似 Python 中的切片操作，并给出了示例代码来展示正确性。

参考

https://stackoverflow.com/questions/50549611/slicing-a-vector-in-c