熟悉C#或者python的人都知道在C#和python中存在一种for的使用方法不需要明确给出容器的开始和结束条件,就可以遍历整个容器。C++11吸取了他们的优点,引入了这种方法也就是基于范围的For(Range-Based-For)。
值得一说的是,如果没有range-based-for,我们还是可以遍历容器的。它是对for的扩展。
比如C98时候我们可以这样:
int arr[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
for (int i = 0; i < 10; i++)
cout << arr[i];
或者遍历容器,这样:
std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
for (std::vector<int>::iterator itr = vec.begin(); itr != vec.end(); itr++)
std::cout << *itr;
不过有了C++11, 我们就可以这样:
std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
for (auto n :vec)
std::cout << n;
int arr[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
for (auto n : arr)
std::cout << n;
乍一看,是不是显得代码非常简洁?确实,这可能也是为啥引入这个概念。不过我觉得range-based-for最主要的作用可能就是“一统江湖”。有了它,不管你是数组,map,vector还是其他容器, 都可以用它来遍历。
下面看看它的语法以及解释:
//语法
属性(可选) for ( 范围声明 : 范围表达式 ) 循环语句
//解释
{
auto && __range = 范围表达式 ;
for (auto __begin = 首表达式, __end = 尾表达式 ; __begin != __end; ++__begin) {
范围声明 = *__begin;
循环语句
}
}
range-based-for看起来那么美好,其实在应用的时候还是要有一些需要注意的事情:
-
range-base-for 默认是只读遍历,也就是说下边的例子
std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
cout << "修改前" << endl;
for (auto n :vec)
std::cout << n++;
cout << endl;
cout << "修改后" << endl;
for (auto j : vec)
std::cout << j;
// 输出:
修改前
12345678910
修改后
12345678910
这也许并不是我们想要的,如果要修改就要将遍历的变量声明为引用型。
也就是将代码改成这样:
for (auto& n :vec)
std::cout << n++;
2. 在遍历容器的时候,auto自动推导的类型是容器的value_type类型,而不是迭代器。
之前提过range-based-for的实现方式,其中有范围表达式是自动推导的
auto && __range = 范围表达式 ;
举个例子,如果你遍历的容器是map,那么value_type是std::pair,也就是说val的类型是std::pair类型的,因此需要使用val.first,val.second来访问数据。
std::map<string, int> map = { { "a", 1 }, { "b", 2 }, { "c", 3 } };
for (auto &val : map)
cout << val.first << "->" << val.second << endl;
此外,使用基于范围的for循环还要注意一些容器类本身的约束,比如set的容器内的元素本身有容器的特性就决定了其元素是只读的,哪怕的使用了引用类型来遍历set元素,也是不能修改器元素的,看下面例子:
set<int> ss = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
for (auto& n : ss)
cout << n++ << endl;
3. 不能迭代的时候修改容器, 下面的代码运行时候可能崩溃。
vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
int main()
{
for (auto &n : vec)
{
cout << n << endl;
vec.push_back(7);
}
}
由于在遍历容器的时候,在容器中插入一个元素导致迭代器失效了,因此,基于范围的for循环和普通的for循环一样,在遍历的过程中如果修改容器,会造成迭代器失效。
4. 循环陷阱
说这个问题之前,还是要把它的实现再次粘贴过来(C++17以前):
{
auto && __range = 范围表达式 ;
for (auto __begin = 首表达式, __end = 尾表达式 ; __begin != __end; ++__begin) {
范围声明 = *__begin;
循环语句
}
}
举个例子:
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
struct MyClass
{
string text = "MyClass";
string& getText()
{
return text;
}
};
int main()
{
for (auto ch : MyClass().text)
{
cout << ch;
}
cout << endl;
}
输出结果就是
MyClass
但是我们把代码改成下边的样子, 结果什么都不会输出,程序直接退出
for (auto ch : MyClass().getText())
{
cout << ch;
}
为什么会出现这样的现象呢?答案就在于range-based-for实现的时候有这样一句话:
auto && __range = 范围表达式 ;
如果“范围表达式”返回临时量,则其生存期被延续到循环结尾,如绑定到转发引用 __range 所示,要注意的是“范围表达式”中任何临时量生存期都不被延长。
for (auto& x : foo().items()) { /* .. */ } // 若 foo() 返回右值则为未定义行为
原始的例子中,range_expression是 "MyClass().text",MyClass()是临时对象,同时 "MyClass()" 这个表达式是右值。所以,"MyClass().text" 这个表达式也是右值,"MyClass().text" 这个对象是临时对象中的一部分。所以,在 "auto && __range = range_expression;" 这个语句中,auto会被推导为 "std::string"。初始化右值引用为临时对象的一部分时,可以延长整个临时对象的生存期,在引用被销毁时临时对象才会被销毁。所以for循环可以正常执行。
但是在修改过后,range_expression是 "MyClass().getText()"。同样地,MyClass()是临时对象,"MyClass()" 这个表达式是右值。但是 "getText()" 的返回类型为 "string&",所以,"MyClass().getText()" 这个表达式是左值。所以,在 "auto && __range = range_expression;" 这个语句中,auto会被推导为 "string &",语句等价于 "string & __range = range_expression;" 。虽然"MyClass().getText()" 这个对象是临时对象中的一部分,但是在初始化非const的左值引用时,不会延长临时对象的生存期,所以在这个初始化语句结束的同时MyClass()这个临时对象就被销毁了,__range成为了野引用,所以后面的循环语句可能会出现内存错误。
要解决这个问题,可以利用C++20 “初始化语句”变通解决:
for (T thing = foo(); auto& x : thing.items()) { /* ... */ } // OK
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