C++11的for循环，以及范围Range类的实现

Posted 2020-07-28

C++11支持range-based for循环。这是一个很方便的特性，能省挺多代码。以下代码就能很方便的遍历vector中的元素，并打印出来：

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std::vector<int> int_vec; int_vec.push_back(1); int_vec.push_back(2); //如果要修改int_vec中的元素，将变量x声明为 int& 即可 for (int x: int_vec) {     std::cout << x << endl; }

可以遍历的对象包括：

• 数组。（不包括指针）
• 定义了begin()和end()方法，且返回该方法返回迭代器的类对象。（STL 中所有容器都可以）

（对于动态生成的数组的遍历，用下面介绍的Range类也能省不少代码）

参考http://en.cppreference.com/w/cpp/language/range-for 可知，

       语句 for ( range_declaration : range_expression) loop_statement

与以下语句作用等价：

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

对于可遍历的类对象，__begin和__end分别由类的begin()和end()方法产生。且由于__range变量是右值引用，如果range_expression的结果是右值，其将会在循环结束后析构。

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这样，C++11终于支持了这种现代编程语言都支持的遍历方式了。但是，无论是语法还是标准库都不支持对具体数字的遍历，比如python中的 for i in xrange(1,5)语句中，x将连续取[1,4]中的值。（Boost库有irange类可以满足这个需求，但是下面会讨论下我的实现）

最直接的方法，就是写一个函数，返回一个vector<int>对象，其元素为从begin到end的值。但这样每次循环时都得构造一个这样的对象，略慢。

从标准来看，如果一个类要支持这样遍历，至少得有begin()和end()方法。在for循环的初始化部分，调用了这两个方法之后，就没这个类啥事了——都是迭代器的事。所以很自然，从迭代器上下手。这个迭代器必须支持三种操作：!=,前缀++,解引用。有没发现，如果这个“迭代器”是个int数值的话，上面循环中的__begin!=__end;++__begin语句就是一个非常自然的实现。现在的目标很简单了：这个“迭代器”不遍历容器中的每个元素，而就是一个简单的int数值的封装。对其解引用将返回这个数，而比较和自加操作均对这个数进行操作。

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有想法之后，实现起来就很容易了。首先定义一个仿迭代器 FakeIter ，其对一个数值进行封装，并重载必须的操作符。

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class FakeIter {     typedef long _VType;  //数值的类型为long。当然了，也可以写个模板出来 public:       explicit FakeIter(_VType val)         :value_(val){}       bool operator != (const FakeIter& other) const     {         return (this->GetValue()) != (other.GetValue());     }     _VType operator* () const     {         return GetValue();     }     const FakeIter& operator++ ()     {         ++value_;         return *this;     } private:     _VType GetValue() const     {         return value_;     }     _VType value_; };

至于“容器”类的实现，就更简单了：实现begin()和end()方法，并返回上面的FakeIter就好了。类中的方法加了一些cout语句，可以更清楚的了解循环执行时具体方法的调用过程，实际用时可以删掉。

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class Range {     typedef long _VType;    //同样，也可以弄个模板出来，但是就不方便用了 public:     Range (_VType begin_v, _VType end_v)         :begin_value_(begin_v), end_value_(end_v)     {         cout<<"Range::Range()"<<endl;     }     ~Range()     {         cout<<"Range::~Range()"<<endl;     }       FakeIter begin () const     {         cout<<"Range::begin()"<<endl;         return FakeIter(begin_value_);     }     FakeIter end () const     {         cout<<"Range::end()"<<endl;         return FakeIter(end_value_ );     } private:     _VType begin_value_;     _VType end_value_; };

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好了，试试看这货有没用：

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for (auto x: Range(1,5)) {     std::cout<<x<<endl; } std::cout<<"Loop end"<<endl;

在vs2012及clang下输出如下：

Range::Range() 
Range::begin() 
Range::end() 
1 
2 
3 
4 
Range::~Range() 
Loop end

嗯，如果把那些影响视线的输出语句的注释掉的话貌似能用了。现在要遍历一个new生成的数组的话，只需用这东西Range个下标，世界就清静了。

但是，步长呢！好吧，貌似我暂时还没这方面的需求。不过实现起来也很简单：修改FakeIter类就可以了，可以增加一个表示步长的成员，然后再修改自加操作。更进一步，也可以加一个生成器方法，就能变成一个更通用的生成器了。配合C++11 lambda操作符，用起来也挺方便。