Range-v3 视图组合和视图计算并行化

Question

取自 range-v3 文档，以下示例演示了一个简单的 views 组合，以流水线方式生成 range：

std::vector<int> const vi{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
using namespace ranges;
auto rng = vi | views::remove_if([](int i){return i % 2 == 1;})
              | views::transform([](int i){return std::to_string(i);});

我知道views::foo 等同于foo_view()，因此上面的示例最终如下：

transform_view(remove_if_view(vi, <lambda>), <lambda>)

现在的问题是：

remove_if 和 transform 操作的顺序是如何发生的？ （我知道他们是懒惰的，他们实际上并没有在这一步计算，而不是稍后当 rng 实现时，但这不是重点）。

我可以在这里看到两个选项：

1. 这些操作由 range-v3 融合，当通过某个迭代器访问 rng 的给定元素时，这两个操作将应用于该元素。

2. 当请求给定元素时，整个remove_if 操作将应用于整个vi，然后将该操作的输出向量输入transform。因此，我们最终得到了一个完整的“trasformed + removed_if”向量，它使我们能够访问所需的元素。

我很确定选项 (1) 是实际发生的情况。如果是这样的话，range-v3 是如何做到这一点的呢？它是否有某种通用的组合代码来组合无限数量的组合视图操作？

附带问题：range-v3 视图公开了什么样的迭代器？我认为random-access 迭代器以下的任何内容都会使并行化变得不可能。

元问题：如果选项 (1) 是真的，那么并行化range-algorithms 是不是非常简单，因为它们将一个简单的范围（由多个视图组成，通过操作融合按需计算）作为输入)?

Answer 1

如果我不得不猜测，那么我会说| 运算符构建了一个编译时 AST（抽象语法树）操作。如果将此 AST 存储到名为range 的变量中，然后调用auto it = std::begin(range)，则您实现了一个迭代器，其类型将不平凡（除非使用类型擦除）。当您调用 *it 时，它会评估从取消引用原始迭代器的当前状态开始的所有转换操作。当您致电++it 时，情况会有些复杂。它需要做几件事。它需要推进基本迭代器，但还需要评估所有中间转换，以便可以评估remove_if 中的谓词。如果谓词返回 true，那么当我们跳过一个项目时，基迭代器需要再次前进。

如果您将transform 放在remove_if 之前，这可能会导致管道效率低下。转换将对每个项目进行两次评估。一次用于推进迭代器，第二次用于读取当前值。如果转换不是微不足道的，那么你会减速。如果转换有副作用，那么可能会发生不好的事情。见

Why C++ ranges "transform -> filter" calls transform twice for values that match the filter's predicate?

更多详情

关于使操作并行化，它可能类似于 std 库实现，通过向每个 AST 节点添加一个标记参数来说明您是否要并行执行它。详情请见https://www.modernescpp.com/index.php/parallel-algorithm-of-the-standard-template-library

例如

vector<int> v = ...

// standard sequential sort
std::sort(v.begin(), v.end());

// sequential execution
std::sort(std::parallel::seq, v.begin(), v.end());

// permitting parallel execution
std::sort(std::parallel::par, v.begin(), v.end());

// permitting parallel and vectorized execution
std::sort(std::parallel::par_unseq, v.begin(), v.end());

这种模式可以扩展到 range-v3，但本质上重载将是新的实现，实现起来并不简单。

rangev3 github 页面上有一个关于此主题的未决问题，其中包含您可能感兴趣的更多链接。

https://github.com/ericniebler/range-v3/issues/921

（我不是 range-v3 的贡献者，但我已经实现了自己的 range 类库，该库在功能上与 range-v3 有重叠。）