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C++基于范围的for循环详解

C++ 11提供了一个特殊版本的 for 循环,在很多情况下,它都可以简化数组的处理,这就是基于范围的 for 循环。在使用基于范围的 for 循环处理数组时,该循环可以自动为数组中的每个元素迭代一次。

例如,如果对一个 8 元素的数组使用基于范围的 for 循环,则该循环将迭代 8 次。因为基于范围的 for 循环可以自动知道数组中元素的个数,所以不必使用计数器变量控制其迭代,也不必担心数组下标越界的问题。

基于范围的 for 循环使用了一个称为范围变量的内置变量。每次基于范围的 for 循环迭代时,它都会复制下一个数组元素到范围变量。例如,第一次循环迭代,范围变量将包含元素 0 的值;第二次循环迭代,范围变量将包含元素 1 的值,以此类推。

以下是基于范围的 for 循环的一般格式:

for (dataType rangeVariable : array)
    statement;

现在来仔细看一看该格式的各个部分:
  • dataType:是范围变量的数据类型。它必须与数组元素的数据类型一样,或者是数组元素可以自动转换过来的类型。
  • rangeVariable:是范围变量的名称。该变量将在循环迭代期间接收不同数组元素的值。在第一次循环迭代期间,它接收的是第一个元素的值;在第二次循环迭代期间,它接收的是第二个元素的值;以此类推。
  • array:是要让该循环进行处理的数组的名称。该循环将对数组中的每个元素迭代一次。
  • statement:是在每次循环迭代期间要执行的语句。要在循环中执行更多的语句,则可以使用一组大括号来包围多个语句。

例如,假设已经定义了以下数组:

int numbers[] = {3, 6, 9};

可以使用基于范围的 for 循环来显示 numbers 数组的内容。语句如下:
for(int val : numbers)
{
    cout << "The next value is ";
    cout << val << endl;
}
因为 numbers 数组有 3 个元素,所以该循环将迭代 3 次。第一次它迭代时,val 变量将接收 numbers[0] 中的值;在第二次循环迭代期间,它将接收 numbers[1] 的值;在第三次循环迭代期间,它将接收 numbers[2] 的值。

所以,该代码将产生以下输出结果:

The next value is 3
The next value is 6
The next value is 9

如果需要的话,可以使用 auto 关键字指定范围变量的数据类型,而不必手动指定,示例如下:
for (auto val : numbers)
{
    cout << "The next value is ";
    cout << val << endl;
}
下面的程序使用了基于范围的 for 循环来显示一个 string 变量的元素。
//This program demonstrates the range-based for loop
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main ()
{
    string planets []= { "Mercury", "Venus", "Earth", "Mars", "Jupiter", "Saturn", "Uranus", "Neptune", "Pluto(a dwarf planet)" };
    // Display the values in the array
    cout << "Here are the planets: \n ";
    for (string val : planets)
        cout << val << endl;
    return 0;
}
程序输出结果为:

Here are the planets:
Mercury
Venus
Earth
Mars
Jupiter
Saturn
Uranus
Neptune
Pluto(a dwarf planet)

使用基于范围的 for 循环来修改数组

当基于范围的 for 循环执行时,其范围变量将仅包含一个数组元素的副本。因此,不能使用基于范围的 for 循环来修改数组的内容,除非将范围变量声明为一个引用。引用变量是其他值的一个别名,任何对于引用变量的修改都将实际作用于别名所代表的值。

要将范围变量声明为引用变量,可以在循环头的范围变量名称前面添加一个 & 符号。下面程序即显示了这样一个示例,它使用了基于范围的 for 循环来将用户输入的数据存储到一个数组中。
//This program uses a range-based for loop
//to modify the contents of an array.
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
    const int SIZE = 5;
    int numbers[SIZE];
    //Get values for the array.
    for (int &val : numbers)
    {
        cout << "Enter an integer value: ";
        cin >> val;
    }
    // Display the values in the array.
    cout << "\nHere are the values you entered: \n";
    for (int val : numbers)
        cout << val << " ";
    cout << endl;
    return 0;
}
程序输出结果:

Enter an integer value: 10
Enter an integer value: 20
Enter an integer value: 30
Enter an integer value: 40
Enter an integer value: 50

Here are the values you entered:
10 20 30 40 50

请注意范围变量 val,在它的名称前面有一个 & 符号,这表示它被声明为引用变量。当循环执行时,val 变量将不再只是数组元素的副本,而是变成了元素本身的别名。因此,对 val 变量作出的任何修改都会实际作用于它当前引用的数组元素。

相比之下,第 20 行中的变量名前面就没有 & 符号,这是因为在此无须将 val 声明为引用变量。该循环只是要显示数组元素,而不是改变它们。

基于范围的 for 循环和常规 for 循环对比

基于范围的 for 循环可用于需要遍历数组所有元素的任何情形,并且不需要使用元素下标。但是,如果出于某些目的需要使用元素下标时,基于范围的 for 循环就不能使用了。另外,如果循环控制变量被用于访问两个或两个以上不同数组的元素,那么它也不适合使用。在这些情况下,可以使用常规 for 循环。

注意,引用范围变量也可以使用 auto 关键字。例如,上面程序中的 for 循环也可以写成如下的形式:
for (auto &val : numbers)
{
    cout << "Enter an integer value: ";
    cin >> val;
}

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