C++基础补充(01)C++11基于范围的for循环

C++11 引入了基于范围的for循环，自动迭代一个范围对象中的每个元素，而无需显式地使用循环变量或索引，是一种简化数组遍历、简化容器遍历的语法糖。

语法糖，“锦上添花”的意思，并不会引入新的功能或者改变语言的核心功能，只是让代码更容易理解、编写或维护。提供简洁语法，同时不影响性能。

1. 基本语法

for(declaration : container)
{
//循环体
}

1.1 decalaration

默认获取值

是一个变量，依次获取范围中的每个元素的值，即遍历过程中每个元素将自己拷贝一份给decalaration，适合用于小型元素，例如 int 等，对于较大较复杂的对象，会有资源开销。
例如：

for(int val:vec)
{
// val 是 vec 中元素的副本
}

引用&

可以通过引用&获取范围中的每个元素，避免复制，适用于较大的数据类型，例如：

for(string& str : vec)
{
// 遍历过程中，str 是 vec 中元素的引用
}

自动类型推导（auto）

通过auto关键字，让编译器自动推导元素的类型。配合引用&，可以自动处理复杂类型的推导。例如：

for(auto& elem: vec)
{
// auto& 推导出 vec 中元素的类型，通过引用获取元素
}

1.2 container

container，是被遍历的范围对象，必须支持支持begin() 和end()函数，这样才能让 for 循环知道从哪里开始和结束遍历。常见的范围对象有数组、STL容器、初始化列表，或者返回类型为容器的函数。

数组

int arr[] = {1,2,3,4,5};
for(int val:arr)
{cout<<val<<" ";
}

STL容器

例如 std::vector、std::list、std::map 等标准容器

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int>vec = { 1,2,3,4,5 };for (int i : vec){cout << i << " ";}cout << endl;return 0;
}
//输出1 2 3 4 5

初始化列表

int main()
{for (int i : { 1, 2, 3, 4, 5 }){cout << i << " ";}cout << endl;return 0;
}
//输出1 2 3 4 5

自定义类型

只要自定义类型提供了begin()和end()函数，就可以被基于范围的for循环遍历。例如：

class CustomContainer
{
public:int* begin() { return &data[0]; }int* end() { return &data[sizeof(data)/sizeof(data[0])]; }// 计算的是数组的长度（即 10）
private:int data[10] = { 1,2,3,4,5 };// 数组自动填充剩余部分为0
};
int main()
{CustomContainer c;for (auto i : c)cout << i << " ";// 输出 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0return 0;
}

在C++容器（如数组、vector）等中，end()返回的不是最后一个元素的迭代器，而是指向最后一个元素下一个位置的迭代器，这个位置不是有效的元素，仅仅用于表达结束和终点。

这是C++标准库设计的常见模式，称为半开区间。范围的起点是包含的，而终点是不包含的，包含begin()所指向的元素，不包含end()所指向的位置上的元素。

返回容器的函数

如果一个函数返回容器或可迭代对象，可以直接将函数调用作为范围对象是用。例如

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;vector<int> getNumbers()
{return { 1,2,3,4,5,6 };
}
int main()
{	for(int i:getNumbers())cout << i << " ";// 输出 1 2 3 4 5 6return 0;
}

2. 其他示例

2.1 遍历数组

int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };for(int i:arr)cout << i <<" "; //输出1 2 3 4 5 6 7 8 9 10return 0;
}

2.2 遍历vector，并修改元素

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> vec = { 1,2,3,4,5,6 };for (int& i : vec){i *= 2;}for (int i : vec)cout << i << " "; //输出2 4 6 8 10 12return 0;
}

2.3 使用常量引用遍历，防止容器中的值被误修改

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<string> words = { "Hello","World" };for (const auto& w : words){cout << w << " ";//输出：Hello World}return 0;
}

3. 小结

基于范围的 for 循环背后的实现依赖于两个函数：
begin()：指向容器或数组的第一个元素
end()：指向容器或数组的末尾元素（不含）
假设我们有如下代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;int main()
{vector<string> words = { "Hello","World","C++" };for (auto& w : words){cout<<w<<" ";}cout << endl;	return 0;
}

等价于

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;int main()
{vector<string> words = { "Hello","World","C++" };for (auto w = words.begin(); w != words.end(); w++){cout << *w << " ";}cout << endl;return 0;
}