Control Flow

`for` 循环

传统 for 循环的语法如下：

for (init-expression; condition; iteration-expression)
{
    // loop body
}

range-based for 循环的语法如下：

for (declaration : range)
{
    // loop body
}

比如遍历一个 std::vector<int>：

std::vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int x : vec)
{
    // loop body
}

C++ 规定将右值绑定到通用引用 auto && 时，需要延长临时对象的生命周期。比如上面例子中 std::vector<int> 如果是通过 GetVector() 这样的函数返回的临时对象，需要延长其生命周期到整个 for 循环的作用域。

for (auto &&x : GetVector())
{
    // loop body
}

但是这会产生一个新的问题，如果是链式调用，中间产生了临时对象，可能会导致未定义行为（undefined behavior）。比如下面的例子中，GetItems() 返回了其内部成员的引用，那么 for 循环可能会访问已经被销毁的对象：因为 CreateFactory() 返回的临时对象 Factory 在完整表达式结束后、for 循环开始前就已经被销毁了，GetItems() 返回的引用所指向的内存区域已经失效。

struct Factory
{
    std::vector<int> items = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    const std::vector<int> &GetItems() const { return items; }
};

Factory CreateFactory() { return Factory {}; }

for (auto &&item : CreateFactory().GetItems())
{
    // loop body
}

C++20 对 range-based for 循环进行了改进，引入了初始化语句，可以很好地解决这个问题，通过初始化语句显式地确定 Factory 对象的生命周期。

for (Factory factory = CreateFactory(); auto &&item : factory.GetItems())
{
    // loop body
}

对于 range-based for 循环，begin 和 end 可以是不同类型。编译器展开后的代码大致如下。

{
    auto &&__range = for_range_initializer;
    auto __begin = begin_expr;
    auto __end = end_expr;
    for (; __begin != __end; ++__begin)
    {
        for_range_declaration = *__begin;
        statement;
    }
}

假定我们定义一个遍历 C 风格字符串的范围类型：begin() 返回指针，end() 返回哨兵。

#include <iostream>

struct NullSentinel
{};

// overload the != operator for the iterator and sentinel comparison
inline bool operator!=(const char *ptr, NullSentinel) { return *ptr != '\0'; }

struct CStringRange
{
    const char *str;

    // begin() returns char*
    const char *begin() const { return str; }

    // end() returns a completely different type, NullSentinel!
    NullSentinel end() const { return NullSentinel {}; }
};

int main()
{
    CStringRange str { "Hello C++!" };

    // for loop using the custom range and sentinel
    for (char c : str)
    {
        std::cout << c << ' ';
    }
}

Control Flow

for 循环

`for` 循环