探索 cartesian_product：更深入理解范围库

理解范围库中的cartesian_product适配器

一、简介
二、cartesian_product 适配器的动机
三、将行为封装到算法中
四、算法的局限性
五、总结

一、简介

view::cartesian_product 适配器是range-v3 库一个新的组件。本文主要理解这个组件的功能以及它背后的设计理念，可以更好地掌握range库。虽然可以通过研究 zip 适配器来理解这些内容，但 cartesian_product 是一个全新的适配器，探索它既可以掌握range库，也可以学习新技术，一举两得。

为什么要花时间理解范围库呢？

因为范围是 STL 的未来。STL 是一个强大的工具，可以编写富有表现力的代码，而范围库是一个设计精良的库，它将 STL 的功能推向了更远。简而言之，学习范围库可以了解编写富有表现力的 C++ 代码的趋势。

二、cartesian_product 适配器的动机

cartesian_product 适配器的目的是遍历多个集合元素的所有可能组合。

为了避免引入业务逻辑，本文将使用一些简单的示例，但它在实际应用中非常有用，例如当对象具有版本时。在这种情况下，可能希望生成所有对象在所有可能日期上的组合。

为了说明问题，使用以下三个集合：

一个包含数字的集合：

std::vector<int> numbers = {3, 5, 12, 2, 7};

一个包含字符串表示的常见聚会食物类型的集合：

std::vector<std::string> dishes = {"pizzas", "beers", "chips"};

一个包含字符串表示的聚会地点的集合：

std::vector<std::string> places = {"London", "Paris", "NYC", "Berlin"};

现在，希望对这三个集合元素的所有可能组合执行一个操作，例如打印一个句子。
在这里插入图片描述

三、将行为封装到算法中

编写一个通用的函数，可以将一个函数应用于多个集合元素的所有可能组合。为了专注于算法的职责，这里省略了可变参数的内容：

template<typename Collection1, typename Collection2, typename Collection3, typename Function>
void cartesian_product(Collection1&& collection1, Collection2&& collection2, Collection3&& collection3, Function func)
{for (auto& element1 : collection1)for (auto& element2 : collection2)for (auto& element3 : collection3)func(element1, element2, element3);
}

这个函数可以完成任务。调用：

cartesian_product(numbers, dishes, places,[](int number, std::string const& dish, std::string const& place){ std::cout << "I took " << number << ' ' << dish << " in " << place << ".\n";});

四、算法的局限性

虽然看起来不错，但如果稍微改变一下需求，上面的代码就会失效。假设不再希望函数直接写入控制台，而是希望将各种组合输出到一个字符串容器中。

在这种情况下，无法使用上面的实现，因为它没有返回值。

实际上，上面的算法类似于 std::for_each 的所有可能组合版本，因为它遍历所有组合并应用一个函数。真正需要的是类似于 std::transform 的东西。

难道要重新编写一个新的 cartesian_product 函数，它接受一个输出集合和一个函数，就像 std::transform 一样吗？这感觉不对劲，不是吗？更希望将迭代职责从算法中分离出来。而 cartesian_product 适配器正是为此而生的。

cartesian_product 适配器在多个集合上构建一个视图，将其表示为一个包含所有可能组合的元组的范围。然后，函数需要接受一个包含其参数的元组。需要注意的是，最好直接获取参数，而不是通过元组。

以下是一个满足将句子输出到字符串容器需求的示例：

std::string meetupRecap(std::tuple<int, std::string, std::string> const& args)
{int number = std::get<0>(args);std::string const& dish = std::get<1>(args);std::string const& place = std::get<2>(args);std::ostringstream result;result << "I took " << number << ' ' << dish << " in " << place << '.';return result.str();
}std::vector<std::string> results;
transform(ranges::view::cartesian_product(numbers, dishes, places), std::back_inserter(results), meetupRecap);

同一个适配器也可以用于将输出写入控制台，而无需编写特定的算法：

void meetupRecapToConsole(std::tuple<int, std::string, std::string> const& args)
{int number = std::get<0>(args);std::string const& dish = std::get<1>(args);std::string const& place = std::get<2>(args);std::cout << "I took " << number << ' ' << dish << " in " << place << ".\n";
}for_each(ranges::view::cartesian_product(numbers, dishes, places), meetupRecapToConsole);