STL容器中基于范围的循环中迭代器语法之间的区别是什么

Question

虽然我对Java中的C和OOP了解不多，但我开始深入研究C ++及其特性。我已经阅读了有关C ++的所有基本知识，但我仍然对某些特定于C ++ 11的东西感到困惑，包括语法和性能方面的问题。在这些事情上是容器迭代器，我发现它以无数的语法形式实现（例如range-based loops）。

我想知道哪些是完全等效的，为什么会想要使用其中一个，以及对性能有何影响。

a）auto vs明确声明：

是否始终支持auto？除了代码可读性问题，为什么程序员更喜欢显式声明？

list<int>::const_iterator i = myIntList.begin();    /* Option a1 */
auto i = myIntList.begin();                         /* Option a2 */

for(auto i : myIntList) { ... }                     /* Option a3 */
for(int i : myIntList) { ... }                      /* Option a4 */

b）紧凑形式与扩展循环形式

list<int> l = {1, 2, 3, ...};
for(auto i : l) { ... }                             /* Option b1 */
for(auto i = l.begin(); i != l.end(); ++i) { ... }  /* Option b2 */

c）常量，非常量/访问类型

为什么/何时更喜欢在循环体中使用引用或常量？

/* Constant/non-constant: */
for(list<int>iterator i = l.begin(); ...) { ... }   /* Option c1 */
for(list<int>const_iterator i = l.begin(); ...) { } /* Option c2 */

for(const int& i : list) { ... }                    /* Option c3 */
for(int& i : list) { ... }                          /* Option c4 */

/* Access by reference/by value: */
for(auto&& i : list) { ... }                        /* Option c5 */
for(auto i : list) { ... }                          /* Option c6 */

d）循环退出条件：

/* Option d1: end is defined within the start condition or outside the loop. */
for(auto i = l.begin(), end = l.end(); i != end; ++i) { ... }

/* Option d2: end is defined in the continue condition. */
for(auto i = l.begin(); i != l.end(); ++i) { ... }

也许大多数都是相同的，也许一个选项或另一个选项的选择只对给定的循环体有意义，但我想知道允许这么多可能的方法编程相同行为的目的是什么。

Answer 1

  

是否始终支持自动？

仅从C ++ 11开始，但基于范围的循环也是如此，所以如果你可以依赖一个，那么你应该被允许依赖另一个。

  

除了代码可读性问题之外，为什么程序员更喜欢显式声明？

您可以使用显式类型隐式转换为其他类型。

  

紧凑形式与扩展循环形式

你可以通过显式使用迭代器（你称之为“扩展”）来做更多的事情，而不是使用基于范围的循环（你称之为“紧凑”）。但是，如果您只想迭代元素范围一次，那么基于范围的循环具有更简单的语法。这就是它被引入语言的原因。

  

为什么/何时更喜欢在循环体中使用引用[...]？

当一个人无法复制或想要避免复制迭代元素时。

  

为什么/何时更喜欢在循环体中有一个常数？

当一个人只有const访问范围，或者想表达他们不打算修改对象时。

  

循环的退出条件

如果循环中的结束指针无效，则只有d2是正确的。

如果结束迭代器是不变的，那么d1由于将函数调用带出循环而稍微提高效率。

如果编译器可以看到T::end()的定义，那么可以通过将d2转换为d1进行优化。

在任何情况下，单个函数调用的开销通常可以忽略不计，除非循环体本身很简单。

  

我想知道允许编程相同行为的许多可能方法的目的是什么。

确实可以使用goto实现所有循环结构。

那么，为什么c ++会允许任何其他循环结构呢？引入了for，while等，使程序更易于理解，更具可读性。好的，那么当goto更容易理解时，为什么不摆脱for？这是因为for无法完成goto所能做的所有事情。 goto更为通用。

相同的推理适用于这种新的基于范围的循环。它比更通用的循环结构更容易推理，因此是有用的补充。但是一般结构仍然可以用于基于范围的循环不可能的用途。此外，删除一般for结构会破坏语言的向后兼容性，这是不可取的。

Answer 2

所有形式都是替代品，与其他形式相比，每种形式都有优点和缺点。

1）当你想要一个不同于auto的类型可能推断时，首选显式声明循环变量。如果有必要在C ++ 11之前保持与C ++实现的兼容性，那也是强制性的（是的，有必要的实际实际情况 - 改变编译器需要付出代价，就像维护成本一样旧的）。

2）＆＃34; compact＆＃34;如果需求不是在一个范围内的所有元素上顺序迭代，那么form（更准确地说，基于范围的循环）是不合适的。例如，如果循环遍历每个第二个元素，如果循环体由于某种原因调整容器大小（使迭代器无效）。

3）const限定符表示意图是循环不会更改容器的元素。这对于让编译器诊断循环（可能）导致元素意外更改的问题非常有用。例如呼叫非const成员。在不使用const限定符的情况下，有很多情况下这些问题是很难找到的错误。

4）如果循环体以任何方式调整容器大小（因为它使迭代器无效），则在开始条件内定义结束条件会导致未定义的行为。在每次循环迭代中重新计算结束条件可以防止此类问题。

具有如此多的不同编写循环方式的目的是程序员的便利性。根据程序员的尝试，不同的技术可能是合适的。

权衡是有时很难决定最合适的＆＃34;循环形式。

Answer 3

基于范围的for(:)循环在C ++中非常常见，根据for(;;)循环定义。在C ++ 17之前，它与选项 d1 基本相同，注意到迭代器变量在客户端代码中是不可见的。

请注意，基于范围的迭代遍历元素，而不是有效的迭代器。你可以根据迭代器制作一个范围，但它需要一些胶水代码。

修改了基于C ++ 17范围的for(:)，以便end允许begin具有与auto不同的类型。这对于s​​entinal技术很有用，但在这一点上并没有那么重要。

const总是像它一样工作。除了表达模板的幻想，它总是以人们可以轻易理解的方式工作。使用它可以使类型更难以解决，但有时你不在乎，有时你只是不必要地重复这种类型。如果搞砸了，不使用它会导致令人惊讶的类型不匹配。

引用是别名。值是副本。如果ypu想要遍历副本，你可以。如果要将别名迭代到容器的内容，则可以。

同样，您可以拥有容器内容的const或非const视图。你可以选择，这取决于你需要什么或想要什么。

偏向const和值可以使代码更轻松地为程序员和编译器解码。然而，复杂结构的不必要副本可能很昂贵，end可以抑制移动和隐式移动以及其他突变效率技巧。

如果你缓存for(:)（d1 vs d2），它有时会稍快一些。但通常不值得注意，而且是噪音。理论上，如果容器发生变化，非缓存端可以更好地工作，但是在迭代时更改容器通常是疯狂的，并且需要修改advance子句以及终止。 auto&&循环缓存结束，因为噪声参数消失了。

begin推导出变量的转发引用：它可以是左值引用，也可以是右值引用到临时。这意味着＆＃34;我不在乎，不要复制任何东西，但让我使用它＆＃34;。参考生命周期扩展通常会使悬空引用成为问题，只要您绑定的数据源不会搞砸。

您缺少的另一件大事是非会员for(:)。这允许访问C风格的数组，就好像它们在范围内一样，并且如果以正确的方式完成，则可以轻松地向第三方范围添加范围支持，因此 class UserResource(ModelResource): class Meta: queryset = CustomUser.objects.all() resource_name = 'user' allowed_methods = ['get','post'] filtering = {"id": ALL} excludes = ['is_staff','password','is_superuser','id','is_active','date_joined'] authentication = BasicAuthentication() 也适用于它们。

Answer 4

  

[a]是否始终支持auto？除了代码可读性问题，为什么程序员更喜欢显式声明？

几乎总是肯定的，如果他们想要在LHS上执行从RHS类型到非相同类型的转换，他们会更喜欢显式输入......或者只是不喜欢隐式的东西。

  

b）紧凑形式与扩展循环形式

这里有问题吗？当然，不同之处在于您不必取消引用范围内的迭代器 - for。

如果您的算法要求您使用迭代器和/或使其无效的操作（例如插入，擦除），那么您需要使用迭代器，因此请使用＆＃39; old＆＃39; /＆＃39;手册＆＃ 39;语法。

但如果你不这样做，那么范围 - for可以避免因为你做这件事而不得不取消引用迭代器的麻烦。

  

[c]为什么/何时更喜欢在循环体中有引用或常量？

引用或常量之间的选择，就像其他地方一样 - 特别是包括几乎相同的函数参数选择 - 取决于

• 是否要更改元素，因此&
• 即使没有，在每次迭代时按值复制到循环变量是否会很昂贵，因此const &

  

d）循环退出条件：

第二个变体缓存end()迭代器，即

• 可能更快，但检查编译输出以验证
• 如果循环中的任何操作使end()迭代器
无效，则无效

Answer 5

a）auto vs明确声明：

始终支持

auto，因为所有类型在编译时都是已知的。

显式声明类型的最重要原因是代码可读性，因为它可以在以后读取代码时更容易找出类型。此外，如果存在隐式转换，则明确声明类型允许您将项目转换为其他类型。

b）紧凑形式与扩展循环形式：

两者完全相同。你应该尽可能使用紧凑的形式。

c）常数，非常数/访问类型：

您希望使用const引用而不是可变引用的原因是 const correctness ，这是一种保护机制，可以防止您在不应该使用时改变对象。特别是，如果您只对容器本身有const引用，则只能在循环体中使用const引用或值的副本。

一个常见的建议是尽可能使用const，至少使用方法参数。如果方法接收到对象的const引用，则可以放心该方法不会改变对象（除非某处有const_cast）。

按值访问项目是最短​​的选项，即使使用const容器也可以使用，如果项类型是小标量类型（bool，{{1}，则不会有任何性能损失}}，int等。这是你默认想要做的事情。

如果项目属于不可复制类型，或者您想要改变它们，则需要通过引用访问这些项目。此外，如果它们属于大类类型，则通过引用访问项目会更快。

d）循环退出条件：

选项double只调用d2一次，理论上稍快一些。但是，实际上l.end()是一种非常快速的方法。选项end()几乎总是首选，因为它更短。

允许多种方式的目的

例如，考虑循环。 C ++是从C演变而来的，它支持C类循环，目的是熟悉C程序员并向后兼容现有的C代码。

基于范围的for循环只是旧循环方法的语法糖。没有理由不允许使用旧的循环语法：此外，禁用它会很成问题，因为在C ++ 11之前的循环中使用的语言结构在其他地方仍然有用。旧的d1语法对循环数字之类的内容非常有用：

for

同样，for (int i = 0; i < 5; ++i) std::cout << i; 和begin()方法返回迭代器，例如，传递给end()中的标准算法。

真的，C ++委员会没有任何合理的方法来防止旧式循环，也没有删除语言中的有用功能或制作非常奇怪的特殊情况（例如禁止<algorithm>或begin()在end()语句中调用。他们也没有任何理由这样做。

其他情况类似：有多种方法可以做同样的事情，因为这只是语言特征的交互方式，没有理由试图阻止这种情况。