【C/C++】范围for循环

📘 C++ 范围 for 循环详解（Range-based for loop）

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一、什么是范围 for 循环？

范围 for 循环（Range-based for loop） 是 C++11 引入的一种简化容器/数组遍历的方式。它通过自动调用容器的 begin() 和 end() 方法，实现对每个元素的遍历，无需手动管理索引或迭代器。

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二、语法格式

for (declaration : expression) {
    // 循环体
}

• declaration ：用于声明当前遍历的元素（可使用 auto 自动推导类型）
• expression：表示要遍历的容器或数组

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三、基本原理

✅ 自动调用 begin() 和 end()

范围 for 循环会自动调用容器的 begin() 和 end() 方法，获取起始和结束迭代器，然后依次遍历每个元素。

示例说明：

std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

for (int num : numbers) {
    std::cout << num << " ";
}

✅ 等价于传统写法：

std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

for (auto it = numbers.begin(); it != numbers.end(); ++it) {
    int num = *it;
    std::cout << num << " ";
}

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四、适用对象

范围 for 循环适用于以下对象：

类型	是否支持	示例
数组	✅ 支持	int arr[] = {1, 2, 3};
标准库容器	✅ 支持	std::vector, std::list, std::map
自定义容器类	✅ 支持	需要实现 begin() 和 end() 方法
字符串（std::string）	✅ 支持	逐字符遍历
原始指针容器	❌ 不支持	没有 begin()/end() 方法

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五、优点

优点	说明
代码简洁	避免手动写 begin()/end()
安全性高	不易越界，适合只读遍历
可读性强	更贴近自然语言，易于理解
自动类型推导	可使用 auto 自动识别元素类型

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六、局限性

局限	说明
不能直接访问索引	无法通过循环变量获取当前索引
不能反向遍历	只能从前往后遍历
不能跳过元素	无法控制步长（如 i += 2）
不能修改容器结构	不能在循环中添加/删除元素

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七、代码示例

1. 遍历数组

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

for (int num : arr) {
    std::cout << num << " ";
}
// 输出: 1 2 3 4 5

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2. 遍历 std::vector

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {10, 20, 30, 40, 50};

    for (auto num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    // 输出: 10 20 30 40 50
    return 0;
}

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3. 遍历 std::map

#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    std::map<std::string, int> scores = {
        {"Alice", 95},
        {"Bob", 80},
        {"Charlie", 88}
    };

    for (const auto &pair : scores) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Alice: 95
Bob: 80
Charlie: 88

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4. 遍历 std::string

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello";

    for (char c : str) {
        std::cout << c << " ";
    }
    // 输出: H e l l o
    return 0;
}

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5. 使用引用修改元素

#include <iostream>
#include <vector>

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

    for (auto &num : nums) {
        num *= 2;  // 修改原容器中的值
    }

    for (auto num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    // 输出: 2 4 6 8 10
    return 0;
}

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6. 使用 auto 自动推导类型

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<std::string> names = {"Tom", "Jerry", "Spike"};

    for (const auto &name : names) {
        std::cout << name << std::endl;
    }
    return 0;
}

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八、常见错误与修正

错误写法	正确写法	说明
for (int x : 10)	for (int x : vector)	范围 for 必须作用于容器
for (int x : {});	std::vector<int> v = {1, 2}; for (int x : v)	空列表不能单独使用
for (int &x : const std::vector<int> v)	for (int x : v)	不能通过引用修改常量容器
for (int x : arr, arr + 5)	for (int x : arr)	不需要手动指定范围，自动识别容器边界

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九、性能与安全建议

建议	说明
使用 const auto & 遍历只读容器	避免拷贝，提高性能
使用 auto & 修改容器元素	通过引用直接操作原数据
避免在循环中修改容器结构	如 push_back()、erase()，可能导致迭代器失效
优先使用 const	如果不打算修改元素，使用 const auto & 提高代码清晰度

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十、通俗类比

你可以把范围 for 循环理解为：

for (auto &item : shopping_list) {
    std::cout << "Buy: " << item << std::endl;
}

• shopping_list 是你要遍历的容器
• item 是当前遍历到的元素
• 循环自动帮你"取出"每一个物品，不需要你手动操作索引或指针

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十一、术语对照表

英文术语	中文解释
Range-based for loop	范围 for 循环
Container	容器（如 vector, map）
Iterator	迭代器（传统 for 循环中使用）
Reference	引用（& 表示）
auto	自动类型推导
const auto &	常量引用，防止拷贝和修改原始数据

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十二、设计建议

场景	推荐写法
只读遍历容器	for (const auto &item : container)
修改容器元素	for (auto &item : container)
遍历字符串	for (char c : str)
遍历 map 的键值对	for (const auto &pair : my_map)
避免拷贝	使用引用 &
避免修改容器结构	不在循环中调用 push_back()、erase() 等方法

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十三、总结

特性	说明
语法简洁	for (auto &item : container)
自动调用 begin() / end()	无需手动写迭代器
适用于容器和数组	vector, map, array, string 等
不能控制索引	无法获取当前索引值
不适合动态修改容器	如增删元素会导致迭代器失效

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