C++11的for循環,以及范圍Range類的實現


C++11支持range-based for循環。這是一個很方便的特性,能省挺多代碼。以下代碼就能很方便的遍歷vector中的元素,並打印出來:

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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,將變量x聲明為 int& 即可
for  ( int  x: int_vec)
{
     std::cout << x << endl;
}

可以遍歷的對象包括:

  • 數組。(不包括指針)
  • 定義了begin()和end()方法,且返回該方法返回迭代器的類對象。(STL 中所有容器都可以)

(對於動態生成的數組的遍歷,用下面介紹的Range類也能省不少代碼)

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

       語句 for ( range_declaration : range_expression) loop_statement

與以下語句作用等價:

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

對於可遍歷的類對象,__begin和__end分別由類的begin()和end()方法產生。且由於__range變量是右值引用,如果range_expression的結果是右值,其將會在循環結束后析構。


這樣,C++11終於支持了這種現代編程語言都支持的遍歷方式了。但是,無論是語法還是標准庫都不支持對具體數字的遍歷,比如python中的 for i in xrange(1,5)語句中,x將連續取[1,4]中的值。(Boost庫有irange類可以滿足這個需求,但是下面會討論下我的實現)

最直接的方法,就是寫一個函數,返回一個vector<int>對象,其元素為從begin到end的值。但這樣每次循環時都得構造一個這樣的對象,略慢。

從標准來看,如果一個類要支持這樣遍歷,至少得有begin()和end()方法。在for循環的初始化部分,調用了這兩個方法之后,就沒這個類啥事了——都是迭代器的事。所以很自然,從迭代器上下手。這個迭代器必須支持三種操作:!=,前綴++,解引用。有沒發現,如果這個“迭代器”是個int數值的話,上面循環中的__begin!=__end;++__begin語句就是一個非常自然的實現。現在的目標很簡單了:這個“迭代器”不遍歷容器中的每個元素,而就是一個簡單的int數值的封裝。對其解引用將返回這個數,而比較和自加操作均對這個數進行操作。


有想法之后,實現起來就很容易了。首先定義一個仿迭代器 FakeIter ,其對一個數值進行封裝,並重載必須的操作符。

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class  FakeIter
{
     typedef  long  _VType;  //數值的類型為long。當然了,也可以寫個模板出來
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_;
};

至於“容器”類的實現,就更簡單了:實現begin()和end()方法,並返回上面的FakeIter就好了。類中的方法加了一些cout語句,可以更清楚的了解循環執行時具體方法的調用過程,實際用時可以刪掉。

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class  Range
{
     typedef  long  _VType;    //同樣,也可以弄個模板出來,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_;
};

好了,試試看這貨有沒用:

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

在vs2012及clang下輸出如下:

Range::Range() 
Range::begin() 
Range::end() 




Range::~Range() 
Loop end

嗯,如果把那些影響視線的輸出語句的注釋掉的話貌似能用了。現在要遍歷一個new生成的數組的話,只需用這東西Range個下標,世界就清靜了。

但是,步長呢!好吧,貌似我暫時還沒這方面的需求。不過實現起來也很簡單:修改FakeIter類就可以了,可以增加一個表示步長的成員,然后再修改自加操作。更進一步,也可以加一個生成器方法,就能變成一個更通用的生成器了。配合C++11 lambda操作符,用起來也挺方便。


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