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[C++面试] 你了解视图吗？

news 来源：原创 2025/7/27 8:18:57

一、入门

1、什么是 C++ 视图（View）？请简要说明其概念和用途

它提供了对序列（如数组、容器等）的非拥有性、只读或可写的访问。（就像是个透明的放大镜，它能让你去看一组数据，但它自己不拥有这些数据。）

  • 避免数据的复制，提高性能。
  • 提供统一的接口来处理不同类型的序列。
  • 实现延迟计算，只有在需要时才进行实际的数据处理。
#include <iostream>
#include <ranges>
#include <vector>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 创建一个视图，它是对numbers向量的一个抽象表示auto view = std::views::all(numbers); for (auto num : view) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

在这个例子中，std::views::all 创建了一个视图，它包含了 numbers 向量中的所有元素。通过视图可以遍历这些元素，而不需要复制数据。 

2、std::views::transform 是干啥的？

td::views::transform 是个很有用的工具，它能对一组数据里的每个元素做转换。你可以把它想象成一个小魔法师，能把每个元素变成你想要的样子

3、 传统容器的区别

  • ​不持有数据：视图仅引用底层数据，不进行复制或所有权管理。
  • ​惰性计算：操作（如transform或filter）在遍历时才会执行。
  • ​常量时间复杂度操作：构造、复制和移动的时间复杂度为O(1)
auto square = [](int x) { std::cout << "Processing " << x << std::endl; return x * x; 
};
auto view = data | std::views::transform(square);
// 此时未调用square，直到遍历view时才输出日志

“|” 是范围（ranges）库中的管道运算符，它能够把一个范围（如 std::vector）和视图适配器进行连接。 

auto squared = data | std::views::transform([](int x) { return x * x; });
  • std::views::transform 是一个视图适配器，其作用是对范围中的每个元素执行转换操作。它接收一个可调用对象（通常是 lambda 表达式）作为参数，这个可调用对象会对每个元素进行处理。
  • [](int x) { return x * x; } 是一个 lambda 表达式，它接收一个 int 类型的参数 x，并返回 x 的平方。
  • auto squared 借助 auto 关键字自动推导 squared 的类型。squared 实际上是一个视图对象，它代表了对 data 中每个元素进行平方操作后的结果。需要注意的是，这里并没有立即计算平方值，而是在遍历时才会进行计算，这就是延迟计算。
std::vector<int> data{1, 2, 3, 4, 5};
auto result = data | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; })  // 过滤偶数| std::views::transform([](int x) { return x * 2; });   // 每个数乘2
// 遍历时才执行：先过滤出2,4 → 再转换为4,8
  • ​执行顺序：从左到右依次处理（先过滤再转换）。
  • ​零拷贝优化：中间不生成临时容器，内存效率高

4、视图与for_each的区别

  • 视图：延迟计算，不修改原数据，支持链式操作（如 filter + transform）。
  • std::for_each：立即执行，需显式处理每个元素，无法组合操作。
// 视图：延迟计算，链式操作
auto result = data | std::views::filter(is_even) | std::views::transform(square);// std::for_each：立即执行，需手动处理
std::for_each(data.begin(), data.end(), [](int x) { /* 处理逻辑 */ });

二、进阶

1、如何使用视图进行数据过滤和转换？

#include <iostream>
#include <ranges>
#include <vector>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 过滤出偶数auto even_view = numbers | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });// 将过滤后的偶数乘以2auto transformed_view = even_view | std::views::transform([](int x) { return x * 2; });for (auto num : transformed_view) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}
  • 首先使用 std::views::filter 视图适配器过滤出 numbers 向量中的偶数
  • 然后使用 std::views::transform 视图适配器将过滤后的偶数乘以 2
  • 最后遍历转换后的视图并输出结果

2、视图的惰性求值如何实现？在性能优化中有何利弊？

实现机制：视图通过封装迭代器和函数对象，在遍历时动态应用操作（如transform_view存储转换函数，filter_view存储谓词）

  • ​优点：避免中间数据拷贝，节省内存；支持提前终止遍历（如break时跳过后续计算）
  • ​缺点：多次遍历同一视图可能导致重复计算（如transform函数被多次调用），可通过std::ranges::to<std::vector>缓存结果优化

3、视图可能的问题 与 风险

若底层容器被修改、发生插入/删除（如vector扩容导致迭代器失效），视图可能引用无效内存。（图通过封装迭代器和函数对象）

最佳实践：

  • 修改容器后，重新生成视图。
  • 避免在视图生命周期内修改容器容量（如使用std::list或预留容量）

4、如何实现视图的原地修改？

std::vector<int> data = {1, 2, 3};
data | std::views::transform([](int& x) { x *= 2; });  // 原地修改

三、高阶

1、自定义视图适配器需要注意哪些方面？请给出一个自定义视图适配器的示例。

自定义视图适配器时需要注意以下几点：

  • 继承 std::ranges::view_interface 类，以确保视图符合视图的接口要求。
  • 实现必要的迭代器和范围相关的类型别名，如 iterator、sentinel 等。
  • 实现视图的构造函数和访问方法。
#include <iostream>
#include <ranges>
#include <vector>// 自己做的视图工具
template <std::ranges::input_range R>
class custom_view : public std::ranges::view_interface<custom_view<R>> {
private:R base_;
public:custom_view(R r) : base_(std::move(r)) {}auto begin() { return std::ranges::begin(base_); }auto end() { return std::ranges::end(base_); }
};// 做视图工具的工厂函数
template <std::ranges::input_range R>
auto make_custom_view(R&& r) {return custom_view<std::views::all_t<R>>(std::forward<R>(r));
}int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};auto view = make_custom_view(numbers);for (auto num : view) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

定义了一个自己的视图工具 custom_view，它继承了 std::ranges::view_interface。写了 begin 和 end 方法，这样就能一个一个地去看数据了。还写了一个工厂函数 make_custom_view 来创建这个视图工具。最后用这个工具去看 numbers 里的数字，并且把它们都输出出来。 

 2、实现一个“步长视图”（每隔N个元素取一个）

template <std::ranges::view V>
class StrideView : public std::ranges::view_interface<StrideView<V>> {V base_;size_t stride_;
public:StrideView(V base, size_t stride) : base_(base), stride_(stride) {}auto begin() { return std::ranges::begin(base_);  // 实际需自定义迭代器步进逻辑}auto end() { return std::ranges::end(base_); }
};// 使用示例：每隔2个元素取一个
auto view = data | StrideView(2);
  • 继承view_interface，定义迭代器步进逻辑。
  • 实现begin()和end()，控制迭代器步长。

3、 视图如何与协程结合处理无限数据流？

 场景：生成无限序列（如传感器数据），按需消费。内存友好，避免缓存全部数据。

generator<int> infinite_stream() {for (int i : std::views::iota(0) | std::views::transform(process_data)) {co_yield i;  // 每次协程恢复时生成一个处理后的数据}
}

4、如何设计一个线程安全的视图？ 

template <typename T>
class thread_safe_view : public std::ranges::view_interface<thread_safe_view<T>> {std::mutex mtx;T& data;
public:auto begin() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);return std::begin(data);}// 类似实现 end()
};
  • 在底层容器外部加锁，确保视图遍历时容器不被修改。

 

补充：视图的典型应用场景

  1. ​大数据处理：避免复制GB级数据，用视图切片处理。
  2. ​实时日志过滤：用filter视图动态筛选关键日志。
  3. ​游戏引擎：用transform视图批量计算粒子效果位置。

 

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编程日记 2025/7/22 2:21:59

前端学习笔记--CSS

HTMLCSSJavaScript 》 结构 表现 交互 如何学习 1.CSS是什么 2.CSS怎么用&#xff1f; 3.CSS选择器&#xff08;重点&#xff0c;难点&#xff09; 4.美化网页&#xff08;文字&#xff0c;阴影&#xff0c;超链接&#xff0c;列表&#xff0c;渐变。。。&#xff09; 5…...

编程日记 2025/7/23 19:50:14

开个坑记录一下树莓派4B部署yolo的一些问题

问题一&#xff1a;操作系统与内核信息 这个问题困扰了我一天半&#xff0c;下载的时候显示的信息是aar64的系统&#xff0c;但是这并无意味着一个问题&#xff0c;那就是你的操作系统是64位的。需要采用如下的指令查看&#xff1a; getconf LONG_BIT 我在树莓派得出来的操作…...

编程日记 2025/7/26 23:43:57

1.1 结构体与类对象在List中使用区别

一、问题的起源如下的代码是错误的&#xff0c;无法编译通过 struct Point {public int X;public int Y; }List<Point> points new List<Point> { new Point { X 1, Y 2 } }; points[0].X 10; // 编译错误&#xff01;无法修改副本的字段 二、原因分析 在C#中&…...

编程日记 2025/7/26 8:20:36

详细说明windows系统函数::SetUnhandledExceptionFilter(ExceptionFilter)

::SetUnhandledExceptionFilter(ExceptionFilter); 是 Windows 编程中用于设置顶层未处理异常过滤器的关键 API 调用。它属于 Windows 结构化异常处理&#xff08;SEH, Structured Exception Handling&#xff09;机制的一部分&#xff0c;主要用于捕获那些未被程序内部处理的异…...

编程日记 2025/7/22 5:53:29

力扣刷题39. 组合总和

39. 组合总和 - 力扣&#xff08;LeetCode&#xff09; 需要定义一个index变量用来记录访问数组的下标&#xff0c;每次递归进行传参&#xff0c;在搜索过程中&#xff0c;因为为了避免重复数据&#xff0c;而且允许一个元素的重复出现&#xff0c;传入index时传入当前遍历的i…...

编程日记 2025/7/22 6:10:26