范围 for 循环（C++11）¶

传统 for 循环 vs 范围 for 循环¶

C语言中遍历数组需要使用下标或指针，语法相对繁琐。C++11引入了范围 for 循环（Range-based for loop），可以更简洁地遍历容器或数组的所有元素。

范围 for 循环的语法

for (声明 : 表达式) {
    // 循环体
}

声明：定义一个变量，用于依次接收集合中的每个元素。
表达式：一个集合或数组，提供要遍历的元素。
循环自动遍历表达式中的所有元素，直到全部处理完毕。

范围 for 循环的基本用法

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 遍历数组
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    cout << "Array: ";
    for (int x : arr) {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;   // 1 2 3 4 5

    // 2. 遍历 vector
    vector<string> names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};

    cout << "Names: ";
    for (const string& name : names) {   // 使用 const 引用避免拷贝
        cout << name << " ";
    }
    cout << endl;   // Alice Bob Charlie

    // 3. 使用 auto 自动推导类型
    double scores[] = {85.5, 90.0, 78.5};

    cout << "Scores: ";
    for (auto score : scores) {
        cout << score << " ";
    }
    cout << endl;   // 85.5 90 78.5

    return 0;
}

范围 for 循环与 auto 的配合¶

范围 for 循环与 auto 配合使用，可以进一步简化代码，尤其在处理复杂类型时：

auto 简化类型声明

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<vector<int>> matrix = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };

    // 传统写法：类型很长
    for (vector<vector<int>>::iterator it = matrix.begin(); 
         it != matrix.end(); 
         ++it) {
        for (vector<int>::iterator jt = it->begin(); 
             jt != it->end(); ++jt) {
            cout << *jt << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    // 范围 for + auto：简洁清晰
    cout << "Matrix: " << endl;
    for (const auto& row : matrix) {
        for (auto elem : row) {
            cout << elem << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

值传递与引用传递¶

范围 for 循环中，元素的传递方式会影响性能和能否修改原数据：

三种传递方式对比

写法	含义	能否修改原数据	性能
`for (T x : container)`	值传递（拷贝）	不能	有拷贝开销
`for (T& x : container)`	引用传递	能	无拷贝开销
`for (const T& x : container)`	常引用传递	不能	无拷贝开销

三种方式的对比

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 方式一：值传递（拷贝）
    cout << "Value copy: ";
    for (int x : v) {
        x *= 2;              // 修改的是副本，不影响原数据
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;   // 2 4 6 8 10

    cout << "Original: ";
    for (int x : v) {
        cout << x << " ";    // 1 2 3 4 5（未被修改）
    }
    cout << endl;

    // 方式二：引用传递（可修改）
    cout << "Reference (modify): ";
    for (int& x : v) {
        x *= 2;              // 修改的是原数据
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;   // 2 4 6 8 10

    cout << "After modification: ";
    for (int x : v) {
        cout << x << " ";    // 2 4 6 8 10（已被修改）
    }
    cout << endl;

    // 方式三：常引用传递（只读）
    cout << "Const reference: ";
    for (const int& x : v) {
        // x *= 2;           // 错误！不能修改 const 引用
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

使用建议

只读遍历：使用 const T&（避免拷贝，保护原数据）。
需要修改元素：使用 T&（引用传递）。
基本类型（int、double 等）：可以使用值传递（拷贝开销小）。

范围 for 的底层原理与适用条件¶

范围 for 循环本质上是对迭代器的封装，编译器会将其展开为传统的迭代器循环。

范围 for 的展开

// 范围 for 写法
for (auto x : container) {
    // 循环体
}

// 编译器展开后的等价代码（简化）
for (auto it = container.begin(); it != container.end(); ++it) {
    auto x = *it;
    // 循环体
}

因此，范围 for 循环适用于所有支持 begin() 和 end() 的类型：

数组（内置数组）
STL 容器（vector、list、map 等）
自定义类型（只要实现了 begin() 和 end() 成员函数）

范围 for 循环的限制¶

不应在范围 for 循环中修改容器大小

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 危险！在循环中修改容器大小会导致迭代器失效
    for (auto x : v) {
        if (x == 3) {
            v.push_back(6);   // 危险！迭代器失效，未定义行为
        }
    }

    return 0;
}

范围 for 与普通 for 的选择

场景	推荐方式
遍历整个容器，不需要索引	范围 `for`
需要反向遍历	普通 `for` 或反向迭代器
需要跳跃遍历（隔一个取一个）	普通 `for`
需要索引值	普通 `for`
需要在循环中修改容器大小	普通 `for`（谨慎操作）

小结¶

语法：for (声明 : 表达式) { 循环体 }
与 auto 配合使用效果更佳。
注意值传递、引用传递和常引用传递的区别。
不应在循环中修改容器大小。