C++14 實現 LINQ 風格查詢：範圍適配器與管道操作符

背景

C# LINQ 提供了優雅的鏈式查詢語法。C++14 通過模板、類型推導、運算符重載可實現類似風格，如 from(v) >> where(pred) >> to_vector()。

核心組件設計

1. 範圍適配器 from_range

包裝迭代器對，提供 front() 獲取當前元素，next() 推進迭代器。

template
struct from_range {
    using value_type = typename iterator_traits::value_type;
    TIterator current, upcoming, end;
    from_range(TIterator b, TIterator e) : current(b), upcoming(b), end(e) {}
    template
    decltype(auto) operator>>(TRangeBuilder builder) const { return builder.build(*this); }
    decltype(auto) front() const { return *current; }
    bool next() { return upcoming == end ? false : (current = upcoming++, true); }
};

2. 過濾器 where_range 與構建器 where_builder

接收上游範圍與謂詞，next() 跳過不滿足條件的元素。

template
struct where_range {
    using value_type = typename TRange::value_type;
    TRange range; TPredicate pred;
    where_range(TRange r, TPredicate p) : range(r), pred(p) {}
    template
    decltype(auto) operator>>(TRangeBuilder b) const { return b.build(*this); }
    decltype(auto) front() const { return range.front(); }
    bool next() { while (range.next()) if (pred(range.front())) return true; return false; }
};

template
struct where_builder {
    TPredicate pred;
    where_builder(TPredicate p) : pred(p) {}
    template
    auto build(TRange r) { return where_range(r, pred); }
};

template
auto where(TPredicate p) { return where_builder(p); }

3. 終端操作 to_vector_builder

將範圍物化為 vector。

struct to_vector_builder {
    template
    auto build(TRange r) {
        vector res;
        while (r.next()) res.push_back(r.front());
        return res;
    }
};
auto to_vector() { return to_vector_builder(); }

4. 入口函數 from

template
auto from(const TContainer& c) {
    return from_range(begin(c), end(c));
}

使用示例

int main() {
    int a[] = {1, 2, 3, 4};
    auto v = from(a) >> where([](int n){ return n % 2 == 0; }) >> to_vector();
    for (int x : v) cout << x << endl; // 輸出 2, 4
}

總結

此實現展示了 C++14 通過表達式模板、完美轉發、運算符重載實現鏈式查詢的核心機制。雖無標準庫 LINQ 完善，但為理解範圍庫（Range-v3/C++20 Ranges）設計思想提供了極佳切入點。