C++范围for循环详解

在C++11及之后的版本中，范围for循环（Range-based for loop）成为了一个非常方便的特性，它极大地简化了迭代容器元素的过程。本文将详细解释范围for循环的用法、特点、适用场景以及相关的注意事项。

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一、范围for循环的基本用法

范围for循环的基本语法如下：

for (元素类型 变量名 : 容器) {  
    // 循环体  
}

其中，“元素类型”表示容器中元素的类型，“变量名”是用来接收每个迭代到的元素的临时变量，“容器”则是需要被迭代的对象，它可以是数组、vector、list、set等任何支持迭代操作的容器。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用范围for循环遍历一个整数数组：

#include   
  
int main() {  
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};  
    for (int num : arr) {  
        std::cout << num << " ";  
    }  
    std::cout << std::endl;  
    return 0;  
}

这段代码会输出数组中的每个元素：1 2 3 4 5。

二、范围for循环的特点

• 简洁性：范围for循环避免了传统for循环中需要手动管理索引或迭代器的繁琐，代码更加简洁清晰。
• 安全性：由于不需要直接操作索引或迭代器，范围for循环减少了因索引越界或迭代器失效导致的问题。
• 通用性：范围for循环不仅适用于标准库容器，也适用于任何定义了begin()和end()方法的类型，或者支持std::begin()和std::end()自由函数的类型。

三、范围for循环的适用场景

范围for循环非常适合用于需要遍历容器所有元素的情况，尤其是当你不关心元素的索引或位置，只关心元素本身的值时。以下是一些典型的应用场景：

• 遍历数组或vector，对每个元素执行相同的操作。
• 遍历set或map的键（或值），进行查找、统计或其他处理。
• 遍历字符串的每个字符，进行字符串处理。

四、范围for循环的注意事项

不能修改容器大小：在使用范围for循环时，不能通过任何方式改变正在被迭代的容器的大小（例如添加或删除元素），因为这可能会导致迭代器失效，进而引发未定义行为。

元素是按值拷贝：在范围for循环中，每次迭代到的元素都会被按值拷贝到循环变量中。如果你需要修改容器中的元素，并且容器存储的是复杂对象，那么按值拷贝可能会带来性能问题。这种情况下，可以考虑使用引用或指针来避免不必要的拷贝。

不能获取迭代器：范围for循环隐藏了迭代器的细节，因此在循环体内部无法直接获取当前元素的迭代器。如果需要迭代器，还是需要使用传统的for循环。

五、范围for循环的扩展用法

如果你需要在遍历容器的同时修改其中的元素，可以通过在循环变量前加上引用符号&来实现：

std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};  
for (int &num : vec) {  
    num *= 2; // 将每个元素乘以2  
}  
// 现在vec中的元素为：2, 4, 6, 8, 10

这段代码将vec中的每个元素都乘以了2，由于使用了引用，循环变量num直接引用了容器中的元素，因此修改num就是修改容器中的元素。

总结来说，范围for循环是C++11引入的一项非常实用的特性，它简化了遍历容器的语法，提高了代码的可读性和安全性。但在使用时也需要注意其限制和特性，避免引发潜在的问题。

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