C11简洁之道：循环的改善

1、  for循环的新用法

　　在C++98/03中，通过for循环对一个容器进行遍历，一般有两种方法，常规的for循环，或者使用<algorithm>中的for_each方法。

　　for循环遍历：

void func(void)
{
    std::vector<int> arr;
    for(auto it = arr.begin(); it != arr.end(); ++it)
    {
        std::cout << *it << std::endl;
    }
}

　　for_each方法：

void vFuncCall(int n)
{
    std::cout << n << std::endl;
}

void func2(void)
{
    std::vector<int> arr;
    std::for_each(arr.begin(), arr.end(), vFuncCall);
}

　　for_each相比一般的for循环，只需关注容器元素的类型，但是都是基于范围的循环，必须显示的给出容器的开始（begin）和结束（end）。C++11中改善了这种遍历方式，不再需要给出容器的两端，循环会自动根据容器的范围自动的展开，在循环中屏蔽了迭代器的遍历细节，直接抽取容器中的元素进行运算。我们来看C++11中是怎么遍历容器的：

void func(void)
{
    std::vector<int> arr;
    for(auto n : arr)
    {
        std::cout << n << std::endl;
    }
}

　　是不是很简洁，n表示arr中的一个元素， auto会被编译器自动推导出类型，此例中被推导为vector中的int类型。当然，也可以直接写出类型：

std::vector<int> arr;
for(int n : arr)

　　同时，这种循环中，冒号前面的变量支持隐式转换的，因此在使用时需要注意：

std::vector<int> arr;
for(char c : arr)   //int会被隐式转换为char

　　在这种循环中，我们都是只读方式来遍历容器的，如果需要改变容器中的值，我们需要加上引用，如果是只希望遍历而不是修改，我们可以使用const auto & 来定义n的类型，这样对于复制负担比较大的容器元素（std::vector<std::string>数组等）也可以无耗的进行遍历。

std::vector<int> arr;
for(auto & n : arr)
{
    std::cout << n++ << std::endl;  //打印，并把元素的值+1
}

2、  使用细节

2.1 推导类型

　　我们来看使用范围的for循环和普通的for循环有什么区别：

std::map<std::string, int> mmsi_test = {{"1", 1}, {"2", 2}, {"3", 3}};

//一般情况的for循环
for(auto it = mmsi_test.begin(); it != mmsi_test.end(); ++it)
{
    std::cout << it->first << "->" << it->second << std::endl;
}

//基于范围的for循环
for(auto val : mmsi_test)
{
    std::cout << val.first << "->" << val.second << std::endl;
}

　　可以看出：

•  for循环中的val类型是std::pair，对于map这种关联性容器来说，需要使用val.first或者val.second来提取键值；
• auto自动推导出来容器元素的类型是value_type，而不是迭代器。

2.2 容器约束

　　如果我们要改变某些容器元素的值，通过auto &可以解决大多数问题，但是某些特殊容器并不能达到我们预期的结果。比如我们希望在循环中对set的值进行修改，但是set的内部元素的值是可读的----由set容器的特性决定的，因此for循环中的auto &会被推导为const xx &。同样基于范围的map遍历一样，for循环得到的std::pair引用，是不能修改first的。

void func(void)
{
    std::set<int> ss = {1, 2, 3};
    for(auto &val : ss)
    {
        //error increment of read-only refrence 'val'
        std::cout << val++ << std::endl;
    }
}

2.3访问频率

　　我们先来看一段代码，测试一下C++11中的循环对于容器的访问频率。

#include <iostream>
#include <vector>
 
std::vector<int> g_arr = {1,2,3,4,5};

std::vector<int>& func(void)
{
    std::cout << "get range->" << std::endl;
    return g_arr;
}

int main(void)
{
    for(auto val : func())
    {
           std::cout << val << std::endl;
    }

    return 0;
}

　　程序的执行结果：

 

　　我们可以从结果中看出，不论基于范围的for循环迭代了多少次，func()只在第一次迭代之前被调用，在循环之前就确定好迭代的范围，而不是在每次迭代之前都去调用一次end()。所以可以得出结论：基于范围的for循环，冒号后面的表达式只会被执行一次。

　　那么我们来看如果在基于范围的for循环中修改容器会出现什么情况：

#include <iostream>
#include <vector>

int main(void)
{
    std::vector<int> arr = {1,2,3,4,5};
    for(auto val : arr)
    {
        std::cout << val << std::endl;
        arr.push_back(100); //扩大容器
    }
         
    return 0;
}

　　在centos6.7 64位系统运行结果：

 

　　从结果看出，这并不是我们需要的结果，如果把vector换成list，结果又不一样。

　　因为介于范围的for循环其实是普通for循环的语法糖，同普通的循环一样，在迭代时修改容器可能引起迭代器失效，导致一些意料之外的结果。由于我们这里是没法看到迭代器的，所以在基于范围的for循环中修改容器到底会造成什么样的影响非常困难。