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自己的类支持基于范围的for循环 (深入探索)

news 2025/7/4 16:25:15

自己的类支持基于范围的for循环 (深入探索)

编译器实际运行伪代码为:

auto && __range = range_expression;
auto __begin = begin_expr;
auto __end = end_expr;
for (; __begin != __end; ++__begin) {range_declaration = *__begin;loop_statement
}

观察伪代码，关于迭代器用到的运算符，用到了 * , != 和前置++

所以我们需要对迭代器实现以下的内容

*
!=
++ (prefix++)

然后根据c++标准（编译器）规定，我们还需要对对应的类实现begin和end函数，返回对应的迭代器

实现

迭代器类的实现

template <typename _Iterator>
class MyIterator {protected:_Iterator _M_current;typedef std::iterator_traits<_Iterator> __traits_type;// just use std::iterator_traits to trait the typespublic:typedef _Iterator iterator_type;typedef typename __traits_type::iterator_category iterator_category;typedef typename __traits_type::value_type value_type;typedef typename __traits_type::difference_type difference_type;typedef typename __traits_type::reference reference;typedef typename __traits_type::pointer pointer;public:MyIterator() noexcept : _M_current(_Iterator()) {}explicit MyIterator(const _Iterator& __i) noexcept : _M_current(__i) {}reference operator*() const noexcept { return *_M_current; }MyIterator& operator++() noexcept {++_M_current;return *this;}// not need base function. Just to expose _M_currentconst _Iterator& base() const noexcept { return _M_current; }
};// deal with different types of left and right != operators
template <typename _IteratorL, typename _IteratorR>
[[__nodiscard__]] inline bool operator!=(const MyIterator<_IteratorL>& __lhs,const MyIterator<_IteratorR>& __rhs) noexcept {return __lhs.base() != __rhs.base();
}// deal with same types of left and right != operators
template <typename _Iterator>
[[__nodiscard__]] inline bool operator!=(const MyIterator<_Iterator>& __lhs,const MyIterator<_Iterator>& __rhs) noexcept {return __lhs.base() != __rhs.base();
}

需要💡几点：

这里的const都不是乱加的，都是有讲究的
这里用到了标准库的迭代器类型萃取，没啥难度，但是对应特化版本写起来很麻烦，我这就不重新写了，理解上也很简单
这里写了一个base函数，不是强制要求的，在这里也只是为了暴露指针，让全局的重载!=可以访问到，当然把指针设成public也可以
重载的!=有两个版本，分别对应!=左右类型是否一致的情况

类的begin和end实现

实际上，我们只需要把下面这段代码插入到我们要的类里就可以了


/*
* And the data class must impl begin and end function
* to return the correspond iterator
* */
using iterator = MyIterator<T*>;
using const_iterator = MyIterator<const T*>;public:
iterator begin() { return iterator(str); }
iterator end() { return iterator(str + N); }
const_iterator begin() const { return const_iterator(str); }
const_iterator end() const { return const_iterator(str + N); }

这里的str和N换成你对应要的内容

当然这里只针对顺序容器，如果是其它类型，会复杂一点，迭代器也需要重新设计，就需要第二个参数了

标准库中普通顺序容器模板也是有两个，但是因为顺序可以直接对指针进行++，第二个用处不大，我这里也就直接省略了

示例

我这里给了一个最基本的使用demo示例，仅供参考：

template <typename T, size_t N>
class Test {public:Test() = default;Test(std::initializer_list<T> obj) {T* cur = str;for (const auto& val : obj) {*cur = val;++cur;}}T* data() {return str;}const T* data() const { return str; }/** And the data class must impl begin and end function* to return the correspond iterator* */using iterator = MyIterator<T*>;using const_iterator = MyIterator<const T*>;public:iterator begin() { return iterator(str); }iterator end() { return iterator(str + N); }const_iterator begin() const { return const_iterator(str); }const_iterator end() const { return const_iterator(str + N); }private:T str[N]{};public:friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Test& obj) {for (const auto& val : obj) {os << val << " ";}return os;}
};

使用示例：

  {Test<int, 10> test;for (auto& val : test) {static int i = 0;val = ++i;}std::cout << test << std::endl;}{const Test<int, 10> test{12, 34, 56, 78, 910};for (const auto& val : test) {std::cout << val << " ";}std::cout << std::endl;}

输出：

12 45 123 12 0 0 0 0 0 0  
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
12 34 56 78 910 0 0 0 0 0

小问题：如果一个类代码已经写好了，我们没法插入自己的begin函数和end函数怎么办

那么c++编译器在看你这个类如果没有begin和end函数，就回去查找全局的begin和end

那么全局的begin和end应该怎么写呢？

我是这么实现的，也顺利通过了，左右值/const也都走了对应版本

template <typename T, size_t N>
auto begin(Test<T, N>& a) {return MyIterator<T*>(a.data());
}
template <typename T, size_t N>
auto end(Test<T, N>& a) {return MyIterator<T*>(a.data() + N);
}
template <typename T, size_t N>
auto begin(const Test<T, N>& a) {return MyIterator<const T*>(a.data());
}
template <typename T, size_t N>
auto end(const Test<T, N>& a) {return MyIterator<const T*>(a.data() + N);
}