C++11新特性——range for

很多编程语言都有range for语法功能，自C++11起，终于将这个重要功能加入C++标准中。range for语句，可以方便的遍历给定序列中的每个元素并对其执行某种操作。

1.基本语法

for(declaration:expression)
    statement

其中，declaration定义一个变量，该变量将被用于访问序列中的基础元素，每次迭代，declaration部分的变量会被初始化为expression部分的下一个元素值。expression是一个对象，用于表示一个序列。statement是对序列中元素的操作。

2.示例

vector<int> vec{1,2,3}; //C++11 only，大括号初始化
for (int i : vec )
    cout << i;

上面的操作时将vector数组中的元素拷贝至变量i中，进行输出。如果想改变vector数组中的元素值，需要把循环变量i定义成引用类型，实现如下：

vector<int> vec{1,2,3}; //C++11 only，大括号初始化
for (auto& i : vec ){
    i=i*i;
    cout << i;
}
//输出结果：149

请注意，我们依然可以用continue语句来开始下一次迭代，使用break跳出循环，这一点和普通的for循环一样。

3.深入分析

range for语句实际上等价于如下语句：

{
    auto && __range = expression ;
    for (auto __begin = begin_expr, __end = end_expr;__begin != __end; ++__begin) {
         declaration = *__begin;
         loop_statement
    }
} 

请注意，“等价于”并不表示编译器就是这么实现range for，只是说两者的运行效果等价。其中expression是被迭代的对象， begin_expr与end_expr是迭代对象的迭代器，取值有：

（1）对于数组类型 begin_expr和end_expr分别等于__range和__range + __bound；

（2）对于STL中的容器，两者分别等于__range.begin()和__range.end();

（3）对于其他类型，两者分别等于begin(__range)和end(__range)。编译器将会通过参数类型来找到合适的begin和end函数。

4.让自定义的类可以迭代

通过range for的等价语句可以看出，只要符合一定要求，自己定义的类也可以放在其中进行迭代。事实上要想进行迭代，一个类需要满足以下条件：

（1）拥有begin和end函数，返回值是一个可以自己定义的迭代器，分别指向第一个元素和最后一个元素。既可以是成员函数，也可以是非成员函数。

（2）迭代器本身支持*、++、!=运算符，既可以是成员函数，也可以是非成员函数。

示例如下：

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;

class IntVector{
    //迭代器类
    class Iter{
    public:
        Iter(IntVector* p_vec, int pos):_pos(pos),_p_vec(p_vec){}

        // these three methods form the basis of an iterator for use with range for
        bool operator!= (const Iter& other) const{
            return _pos != other._pos;
        }

        // this method must be defined after the definition of IntVector,since it needs to use it
        int& operator*() const{
            return _p_vec->get(_pos);
        }

        const Iter& operator++ (){
            ++_pos;
            return *this;
        }

    private:
        IntVector *_p_vec;
        int _pos;
    };

public:
    IntVector(){}
    Iter begin(){
        return Iter(this,0);
    }
    Iter end(){
        return Iter(this, 20);
    }
    int& get(int col){
        return data[col];
    }
    void set(int index, int val){
        data[index] = val;
    }
private:
    int data[20] = {0};
};

int main() {
    IntVector v;
    for (int i = 0; i < 20; i++){
        v.set(i, i);
    }
    for (int& i : v) { i = i*i; cout << i <<" "; }
    system("pause");
}

程序输出结果：

0 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 169 196 225 256 289 324 361

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参考资料

[1]C++ Primer中文版（第5版）

[2]Range-based for loop (since C++11)

[3]C++11 新特性之Range-based for loops