C++11系列-区间迭代

在我前面介绍C++11的文章中,我提到C++11将会带来一些实用的改进。我的意思是它将移除一些不必要的打字和其它影响快速编码的壁垒。我前面讲过的auto关键字就是一个例子;现在我想讲一下区间迭代(range-based for loop)。

区间迭代的基本语法

近来,基本上所有现代编程语言都有一种对一个区间写for循环的便捷方式。最终,C++也有了相同的概念;你可以给循环提供一个容器,它帮你迭代。前面我们已经在什么是C++11中看到了一些简单的例子。让我们回忆一下区间迭代的样子:

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vector<int> vec;
vec.push_back( 10 );
vec.push_back( 20 );

for (int i : vec )
{
    cout << i;
}

上面代码打印一个名叫vec的vector的内容,用i去捕获vector里面的值,直至vector的最后。你也可以用auto代替类型便利的迭代复杂的数据结构。例如,迭代一个map:

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map<string, string> address_book;
for ( auto address_entry : address_book )
{
            cout  << address_entry.first << " < " << address_entry.second << ">" << endl;
}

修改vector的值

假如你想修改你正在迭代的容器的值,或者你想避免拷贝大对象,你可以用引用的变量遍历。比如,下面的迭代对一个整形vector中每个元素的值加1。

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vector<int> vec;
vec.push_back( 1 );
vec.push_back( 2 );

for (int& i : vec )
{
    i++; // increments the value in the vector
}
for (int i : vec )
{
    // show that the values are updated
    cout << i << endl;
}

区间意味着什么?

Strings,arrays,和所有的STL容器可以被新的区间迭代方式迭代。但是如果你想让你自己的数据结构使用这个新语法怎么办?

为了使这个数据结构可迭代,它必须类似于STL迭代器。

  • 这个数据结构必须要有begin和end方法,成员方法和独立函数都行,这两个方法分别返回开始和结束的迭代器
  • 迭代器支持*操作符、!=操作符、++方法(前缀形式,成员函数和独立函数都行)

就这些!实现这五个函数,你就可以有一个支持区间迭代的数据结构。因为begin、end可以是非成员函数,你甚至可以适配现有数据结构而不用实现STL风格的迭代器。所有你要做的是创建你自己的支持*、前缀++和!=的迭代器,并且定义好自己的begin、end。

区间迭代如此NICE。所以我怀疑大部分还不支持STL迭代模型的容器都会想添加某种适配方式以支持区间迭代。这里有一个小程序演示创建一个支持区间迭代的迭代器。这个例子里,我创建了一个固定Size是100的IntVector,并且可以被一个叫做Iter的类迭代。

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#include <iostream>

using namespace std;

class IntVector;

class Iter
{
    public:
    Iter (const IntVector* p_vec, int pos)
        : _pos( pos )
        , _p_vec( p_vec )
    { }

    // 这三个方法组成支持区间迭代的迭代器的基础
    bool
    operator!= (const Iter& other) const
    {
        return _pos != other._pos;
    }

    int operator* () const;

    const Iter& operator++ ()
    {
        ++_pos;
        return *this;
    }

    private:
    int _pos;
    const IntVector *_p_vec;
};

class IntVector
{
    public:
    IntVector ()
    {
    }

    int get (int col) const
    {
        return _data[ col ];
    }
    Iter begin () const
    {
        return Iter( this, 0 );
    }

    Iter end () const
    {
        return Iter( this, 100 );
    }

    void set (int index, int val)
    {
        _data[ index ] = val;
    }

    private:
   int _data[ 100 ];
};

int
Iter::operator* () const
{
     return _p_vec->get( _pos );
}


int main()
{
    IntVector v;
    for ( int i = 0; i < 100; i++ )
    {
        v.set( i , i );
    }
    for ( int i : v ) { cout << i << endl; }
}

注意这段代码中区间迭代时,不允许以引用修改IntVector中的元素。这是为了不使代码变长而影响代码的主要结构,所以并没添加返回引用类型的函数。

区间迭代提升性能?

在我使用GCC4.6的有限的测试中,我并没看到区间迭代相对于标准STL迭代的性能提升,但好像可以和STL中的for_each拥有同样的性能。

编译器支持

不幸的是,区间迭代的编译器支持的不好。MSVC11以后开始支持,GCC是4.6以后支持。

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译者:toWriting.com;翻译自:Range-Based For Loops in C++11 – Cprogramming.com