【C++20新特性】ranges::sort()使用方法,优势,注意点

以下是关于 ranges::sort() 的详细说明:

1. ranges::sort() 的使用方法

ranges::sort()C++20 引入的基于范围(Ranges)的排序函数,其语法更简洁,支持直接操作容器或范围对象。

(1)基本用法

cpp 复制代码
#include <vector>
#include <ranges>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {3, 1, 4, 1, 5};
    std::ranges::sort(numbers); // 直接对容器排序
    return 0;
}

(2)逆序排序

通过传递 std::greater<> 实现降序:

cpp 复制代码
std::ranges::sort(numbers, std::greater<>());

(3)自定义排序规则

使用 Lambda 表达式或自定义比较函数:

cpp 复制代码
std::ranges::sort(numbers, [](int a, int b) {
    return a % 3 < b % 3; // 按模3的余数排序
});

2. 相比于传统 std::sort 的优势

(1) 更简洁的语法

传统 std::sort 需要手动指定迭代器范围:

cpp 复制代码
std::sort(numbers.begin(), numbers.end());

ranges::sort 直接操作容器,省去迭代器:

cpp 复制代码
std::ranges::sort(numbers); // 无需 begin/end 

(2) 支持范围概念(Concepts)

ranges::sort 在编译期通过概念(Concepts)检查参数合法性,错误提示更清晰。例如,若元素类型不支持比较,编译器会直接报错。

(3) 与范围库的无缝结合

可与其他范围适配器(如视图 views)结合使用,实现链式操作:

cpp 复制代码
// 过滤偶数后排序
auto filtered = numbers | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
std::ranges::sort(filtered);

(4) 性能优化

对大型数据集可能有性能优化,因底层实现可能采用更高效的策略。

3. 使用注意点

(1) C++20 兼容性

需确保编译器支持 C++20 标准(如 GCC 10+、Clang 13+、MSVC 19.29+)。

(2) 元素类型需支持比较

元素类型必须定义 < 运算符或提供自定义比较函数。否则编译失败。

(3) 比较函数的严格弱序

自定义比较函数需满足严格弱序(Strict Weak Ordering),否则行为未定义。

(4) 视图的惰性计算

若对视图(如 views::filter 结果)调用 ranges::sort,需注意视图可能是惰性计算的,可能导致意外结果3。

总结

ranges::sort 通过简化语法、增强类型安全和优化性能,成为 C++20 中更现代的排序选择。在支持 C++20 的项目中优先使用,可提升代码可读性和健壮性。传统 std::sort 仍适用于旧代码或低版本编译器环境。

4. 实际分析

看灵神的代码的时候发现一个排序是这样写的:

cpp 复制代码
vector<vector<int>> queries;
//...
ranges::sort(queries, {}, [](auto& q) { return q[0]; });

这段代码的作用是对二维向量 queries 按每行第一个元素(即 q)进行升序排序。以下是详细分析:


4.1 代码解析

cpp 复制代码
ranges::sort(queries, {}, [](auto& q) { return q; });
  • 参数含义

    • queries:待排序的二维向量(vector<vector<int>>)。
    • {}:占位符,表示使用默认比较规则(std::less,即升序)。
    • [](auto& q) { return q; }:投影函数(Projection),指定排序依据为每行的第一个元素 q
  • 等效传统写法 (使用 std::sort):

    cpp 复制代码
    std::sort(queries.begin(), queries.end(), [](const auto& a, const auto& b) {
        return a < b;
    });

4.2 优势:ranges::sort 的简洁性

  1. 直接操作容器 :无需手动传递 begin/end 迭代器(传统写法需 queries.begin(), queries.end())。
  2. 投影函数 :通过 [](auto& q) { return q; } 直接指定排序字段,避免了在比较函数中重复提取 ab,代码更简洁。
  3. 类型安全 :C++20 的 ranges::sort 通过概念(Concepts)检查参数合法性,确保投影后的值可比较。

3. 注意点

  1. 子向量非空 :必须确保每行子向量至少有一个元素,否则 q 会导致未定义行为(如越界访问)。

  2. 严格弱序 :默认使用 std::less 升序排序,若需降序,需显式传递 std::greater{} 作为第二个参数:

    cpp 复制代码
    ranges::sort(queries, std::greater{}, [](auto& q) { return q; });
  3. 兼容性:需编译器支持 C++20(如 GCC 10+、Clang 13+)。


4. 与传统 std::sort 的对比

特性 ranges::sort 传统 std::sort
语法简洁性 直接操作容器,无需迭代器 需手动传递 begin/end 迭代器
投影函数 支持,简化字段提取逻辑 需在比较函数中显式提取字段
类型检查 编译期概念检查,错误提示更友好 运行时可能因类型错误崩溃

总结

这段代码利用 C++20 的 ranges::sort 对二维向量按首元素升序排序,通过投影函数简化了逻辑,是更现代的写法。注意确保子向量非空,并根据需求调整升/降序规则。在支持 C++20 的项目中推荐优先使用 ranges::sort

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