第9課 基於範圍的for循環
阿新 • • 發佈：2017-10-05
解引用 blog lis “.” 技術 opened 叠代器 static list 
1. 基於範圍的for循環（range-based for）
（1）語法：for(decl : coll){//statement}
①decl用於聲明元素及類型，如int elem或auto elem（讓編譯器自動推導集合中元素的類型），但應該註意auto& elem和auto elem的區別，前者是元素的引用，後者是元素的副本。
②coll為元素的集合
（2）for新語法的等價語法
①利用coll容器類本身提供的叠代器:coll.begin()和coll.end()
for(auto _pos=coll.begin(),_end=coll.end(); _pos!=_end; ++pos){ decl=*_pos; //decl：如auto elem或auto& elem等 // other statement; }
②利用全局庫函數（可重載）:begin(coll)和end(coll)
for(auto _pos=begin(coll),_end=end(coll); _pos!=_end; ++pos){ decl=*_pos; // other statement; }
2. for循環的使用細節
（1）auto自動推導出的元素類型就是容器中的value_type，而不是叠代器的類型。
（2）auto會引用元素的拷貝，有時為了效率可以考慮使用auto&或const auto& 。
（3）decl中要求元素的類型支持隱式類型轉換。如：
const MyString& elem : vecString;(其中的vecString（類型為vector<string>）中元素的類型為string，而elem被聲明為MyString，兩者的類型是不同的，這會進行隱式轉換，這就要求MyString類不能像explicit MyString(string);這樣聲明構造函數。
（4）不論基於範圍的for循環叠代了多少次，冒號後面的表達式只會被執行一次！
（5）for循環的使用還受容器本身的一些約束，如std::set<int>中的內部元素是只讀的 。但使用auto&時，會被推導為const auto&。
（6）基於範圍的for循環和普通for循環一樣，在叠代時修改容器（增加或刪除元素）可能會引起叠代器失效。
【編程實驗】for新語法初探
#include <iostream> #include <vector> #include <map> using namespace std; //兩種for循環中auto推導出來的元素類型的不同 void compare_for() { std::map<string, int> mm = {{"1",1},{"2",2},{"3",3}}; //以基於範圍的for循環訪式遍歷（註意，auto推導出來的是元素的類型，而不是叠代器） for(auto& val : mm){ //val類型為std::pair類型，通過“.”訪問元素的first和second成員 cout << val.first << "->" << val.second << ", "; } cout << endl; //以叠代器方式遍歷元素（註意，iter為叠代器類型） for(auto iter=mm.begin(); iter!=mm.end();++iter){ //iter類型為叠代器，通過“->”來訪問first和second成員 cout << iter->first << "->" << iter->second << ", "; } cout << endl; } //測試for循環對容器的訪問頻率 vector<int>& get_range(vector<int>& arr) { cout << "get_range ->: " << endl; return arr; } class MyString { public: explicit MyString(const string& s); //explicit阻止類型的隱式轉換 }; int main() { //測試1：遍歷initializer_list集合 for(int i: {2,3,5,7,9,13,17,19}){ cout << i << " "; } cout << endl; //測試2：以引用方式使用元素 vector<int> arr={1,2,3,4,5,6}; for(auto& n : arr){ n++; } for(const auto& n : arr){ cout << n << " "; } cout << endl; //測試3：兩種for循環中auto推導出來的元素類型的不同 compare_for(); //測試4：冒號後面表達式被執行的次數 for(auto val : get_range(arr)){ //get_range()只被執行一次！ cout << val << " "; } cout << endl; //測試4：隱式類型轉換 // vector<string> vs; // for(const MyString& elem : vs){ //error, vector中的元素（string）無 // //法轉成MyString，因為MyString阻止了隱式轉換 // cout << elem << endl; // } return 0; } /*測試結果 e:\Study\C++11\9>g++ -std=c++11 test1.cpp e:\Study\C++11\9>a.exe 2 3 5 7 9 13 17 19 2 3 4 5 6 7 1->1, 2->2, 3->3, 1->1, 2->2, 3->3, get_range ->: 2 3 4 5 6 7 */
3. 讓自定義類型支持基於範圍的for循環
（1）基於範圍的for循環只是普通for循環的語法糖。它需要查找到容器提供的begin和end叠代器。
（2）基於範圍的for循環以下面的方式查找容器的begin和end。
①若容器是一個普通的array對象（如int arr[10]）,那麽begin將以array首地址，end將為首地址加容器的長度。
②若容器是一個類對象，那麽range-based for將試圖通過查找類的begin()和end()來找到叠代器。
③否則，range-based for將試圖使用全局的begin和end函數來定位begin和end叠代器。
（3）自定義類支持range-base for需要滿足的條件（參考前面的for的等價語法來理解）
①類中需要定義容器相關的叠代器（這裏的叠代器是廣義的，指針也屬於該範疇）
②類中要有begin()和end()的成員方法，返回值為叠代器（或重載全局的begin()和end()也可以）
③叠代器必須支持!=、*解引用、前置++等操作。
【編程實驗】自定義類：支持在指定區間中使用的range-based for遍歷
//iterator.hpp:叠代器類
#ifndef _ITERATOR_H_ #define _ITERATOR_H_ #include <cstddef> namespace detail_range { //自定義可以對某個區間進行叠代的iterator，如[2, 14)區間，步長為2 template<typename T> class iterator { public: using value_type = T; using size_type = size_t; //size_t為unsigned int類型，非負整數 private: size_type cursor_; //從頭開始需移動多少次才到到當前位置(必須是非負整數) const value_type step_; //step一旦被初始化，就不可改變(註意step可正可負) value_type value_; //當前遊標的值 public: iterator(size_type cur_start, value_type begin_val, value_type step_val): cursor_(cur_start), step_(step_val),value_(begin_val) { //如範圍為2, 4, 6, 8, 10, 12, 14,... 中 //begin_val指向2，step_val為2，cur_start：為從頭開始需移動多少次才能到當前位置 value_ += (step_ * cursor_); } //叠代器必須支持*、!=、前置++等操作。 value_type operator*() const { return value_; } bool operator!=(const iterator& rhs) const { return (cursor_ != rhs.cursor_); } iterator& operator++(void) //前置++ { value_ += step_; ++cursor_; return (*this); } }; //end namespace } #endif //_ITERATOR_H_View Code
//container.hpp:自定義的支持range-based for的容器類
#ifndef _CONTAINER_H_ #define _CONTAINER_H_ #include "iterator.hpp" namespace detail_range{ template<typename T> class container { public: //該類不支持外部修改其內部數據，所有暴露給外部的接口都加上了const using value_type = T; using reference = const value_type&; //加了const using const_reference = const value_type&; using iterator = const detail_range::iterator<value_type>; //加了const using const_iterator = const detail_range::iterator<value_type>; using size_type = typename iterator::size_type; //typename表示後面的內容是個類型 private: const value_type begin_; //begin叠代器 const value_type end_; //end叠代器 const value_type step_; const size_type max_count_; private: //計算元素的計數 size_type get_adjusted_count(void) const { if(step_ > 0 && begin_ >= end_){ throw std::logic_error("End value must be greater than begin value."); }else if(step_ < 0 && begin_<= end_){ throw std::logic_error("End value must be less than begin value."); } //獲取元素個數（非負整數） size_type x = static_cast<size_type>( (end_ - begin_)/(step_)); if(begin_ + (step_ * x) != end_) ++x; //向上取整 return x; } public: container(value_type begin_val, value_type end_val, value_type step_val) :begin_(begin_val) ,end_(end_val) ,step_(step_val) ,max_count_(get_adjusted_count()) { } size_type size(void) const { return max_count_; } //為實現range-based for，必須提供begin()和end()方法，並返回叠代器類型！ const_iterator begin(void) const { //用{}初始化返回值：是個叠代器！ return {0, begin_, step_}; } const_iterator end(void) const { return {max_count_, begin_, step_}; } }; //range函數模板用於返回一個指定區間[begin, end)的容納類對象 //返回[0, end)區間，步長為1的容器類對象 template<typename T> detail_range::container<T> range(T end) { return {{}, end, 1}; } //返回[begin, end)區間，步長為1的容器類對象 template<typename T> detail_range::container<T> range(T begin, T end) { return {begin, end, 1}; } //返回[begin, end)區間，步長為1的容器類對象 //註意由於T和U的類型可能不同，container中T類型為begin+step的類型 template<typename T, typename U> auto range(T begin, T end, U step)->detail_range::container<decltype(begin + step)> { using r_t = detail_range::container<decltype(begin + step)>; return r_t(begin, end, step); } } //end namespace #endif //_CONTAINER_H_
//main.cpp
#include <iostream> #include "container.hpp" using namespace std; using namespace detail_range; //遍歷容器：采用range-based for方式 template <typename T> using const_Rng = const detail_range::container<T>; template<typename T> void traverse_range(const_Rng<T>& rng) { for(auto i : rng){ cout << " " << i; } cout << endl; } //測試 void test_range() { cout << "range(15): "; traverse_range(range(15)); //區間[0,15)，step=1; cout << "range(2, 7): "; traverse_range(range(2, 7)); //區間[2,7)，step=1; cout << "range(2, 6, 3): "; int x = 2, y = 6, z = 3; traverse_range(range(x, y, z)); //區間[2,6)，step=3; cout << "range(-2, -6, -3): "; traverse_range(range(-2, -6, -3));//區間[-2,-6)，step=-3; cout << "range(8, 7, -0.1): "; traverse_range(range(8, 7, -0.1));//區間[8,7)，step=-0.1; cout << "range(10.5,15.5): "; traverse_range(range(10.5, 15.5));//區間[10.5,15.5)，step=1; cout << "range(2, 8, 0.5): "; traverse_range(range(2, 8, 0.5));//區間[2,8)，step=0.5; cout << "range(‘a‘, ‘z‘): "; traverse_range(range(‘a‘, ‘z‘));//區間[a,z)，step=1; } int main() { test_range(); return 0; } /*測試結果： e:\Study\C++11\9>g++ -std=c++11 main.cpp e:\Study\C++11\9>a.exe range(15): 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 range(2, 7): 2 3 4 5 6 range(2, 6, 3): 2 5 range(-2, -6, -3): -2 -5 range(8, 7, -0.1): 8 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 range(10.5,15.5): 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 range(2, 8, 0.5): 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 range(‘a‘, ‘z‘): a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y */
第9課 基於範圍的for循環