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;
}