c++20 的部分新概念及示例代码-Contracts，Ranges

C++20 引入了 contracts（契约），这是一种编程范式，它允许程序员在代码中添加先决条件（preconditions）、后置条件（postconditions）和断言（assertions）等契约，以提高代码的可读性、可维护性和可靠性。这些契约可以在编译时和运行时进行检查，有助于发现并修复潜在的错误。

以下是一些关于 C++20 中 contracts 的基本信息：

1. 先决条件（Preconditions）：在函数开始执行之前，检查输入参数的有效性或者环境条件的满足情况。如果前置条件不满足，则契约失败，程序可以选择中止执行或者采取其他处理方式。

   #include <cassert>
   
   void foo(int x) {
       assert(x > 0 && x < 100); // 先决条件
       // 函数体
   }
   

   后置条件（Postconditions）：在函数执行结束时，检查函数返回值或者对象状态是否符合预期。如果后置条件不满足，则契约失败，程序可以选择中止执行或者采取其他处理方式。

   #include <cassert>
   
   int bar() {
       int result = calculate_result();
       assert(result >= 0); // 后置条件
       return result;
   }
   

   断言（Assertions）：在代码中插入断言来检查某个特定条件是否满足。如果断言失败，则契约失败，程序可以选择中止执行或者采取其他处理方式。

   #include <cassert>
   
   void baz(int* ptr) {
       assert(ptr != nullptr); // 断言
       // 使用 ptr 指针
   }
   

Ranges 库，它提供了一组用于操作范围（例如容器、数组、迭代器等）的标准库组件，以更简洁、清晰和高效地处理数据。Ranges 库主要包括以下几个方面的功能和概念：

1. 范围（Range）：表示一个数据序列，可以是容器、数组、迭代器范围等。范围提供了一种统一的方式来处理数据，而不需要关心底层数据结构的具体细节。

2. #include <iostream>
   #include <vector>
   #include <algorithm>
   #include <ranges>
   
   int main() {
       std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
   
       // 使用范围算法对范围进行操作
       auto result = std::ranges::transform(numbers, [](int x) { return x * 2; });
   
       // 打印结果
       for (int num : result) {
           std::cout << num << " ";
       }
       std::cout << std::endl;
   
       return 0;
   }
   

3. 视图（View）：提供了一种对范围进行转换、筛选或者映射的机制，而不会修改原始数据。视图使得数据处理操作更加灵活，并且可以链式调用多个操作。

4. 算法（Algorithm）：Ranges 库包含了一系列与范围相关的算法，如查找、排序、转换等，这些算法可以直接应用于范围上，而无需手动管理迭代器。

5. 迭代器（Iterator）：Ranges 库引入了一些新的迭代器概念，如输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器等，以支持不同类型范围的操作。

6. 函数式编程（Functional Programming）：Ranges 库提供了一些函数式编程风格的操作，如映射（map）、过滤（filter）、折叠（fold）等，使得代码更加简洁和易读。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

    // 使用视图过滤出偶数
    auto even_numbers = numbers | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });

    // 使用视图转换为字符串
    auto str_numbers = even_numbers | std::views::transform([](int x) { return std::to_string(x); });

    // 打印转换后的字符串
    for (const auto& str : str_numbers) {
        std::cout << str << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

我们首先定义了一个整数数组 numbers，然后使用视图过滤出其中的偶数，再使用视图将偶数转换为字符串，并最终打印转换后的字符串。这个示例展示了如何利用 Ranges 库的功能，以一种简洁和清晰的方式操作数据。