C++ 范围 for 循环

很多时候，我们并不关心数组元素排在第几个下标位置，只想把里面的每个元素从头到尾依次拿出来用一遍。

针对这种场景，C++11 引入了一种更简洁的遍历语法，叫做 “范围 for 循环（range-based for）”。使用它遍历数组时，我们不需要手动定义下标变量，也不需要计算数组长度，代码会清爽很多。

范围 for 循环语法

在 C++ 中，我们可以使用范围 for 循环直接遍历整个数组，自动把里面的元素从头到尾逐个取出来。

语法：

for (元素类型 变量名 : 数组名) {
    // 循环体
}

说明：

你可以把小括号中间的英文冒号（:）直观地理解成：“从右边这个数组中，按顺序逐个取出元素交给左边的变量”。数组里一共有多少个元素，范围 for 循环就会自动执行多少轮，不需要我们手动控制循环次数。

示例 1：遍历输出数组元素

#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40};

    for (int num : arr) {
        std::cout << num << ' ';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

10 20 30 40

分析：

在这个例子中，for (int num : arr) 会从数组 arr 的第 1 个元素开始按顺序遍历。由于 arr 一共有 4 个元素，循环会自动执行 4 轮，变量 num 在每一轮依次拿到 10、20、30、40。等最后一个元素访问完毕，循环就会自动结束。

同样地，如果我们要计算数组中所有元素的总和，使用范围 for 循环写起来也非常直观。

示例 2：计算数组元素之和

#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40};
    int sum = 0;

    for (int num : arr) {
        sum += num;
    }

    std::cout << "元素总和：" << sum;
    return 0;
}

运行结果如下。

元素总和：100

分析：

sum += num; 表示在每一轮循环中，把 num 依次拿到的 10、20、30、40 累加到变量 sum 中，最终输出总和 100。

配合 auto 自动推导类型

在编写范围 for 循环时，由于右边数组的元素类型已经是确定的，我们可以配合 auto 关键字，把左边的元素类型直接写成 auto，让编译器自动推导出变量的类型。

语法：

for (auto 变量名 : 数组名) {
    // 循环体
}

说明：

如果右边是 int 数组，auto 就会自动推导为 int；如果右边是 double 数组，auto 就会自动推导为 double。这样即使后续修改了数组的元素类型，循环头部的代码也不用跟着改动。

示例 3：配合 auto 遍历数组

#include <iostream>

int main() {
    double prices[] = {19.9, 9.5, 25.6, 12.8};

    for (auto price : prices) {
        std::cout << price << ' ';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

19.9 9.5 25.6 12.8

分析：

数组 prices 的元素类型是 double，因此在 for (auto price : prices) 中，编译器会自动将 auto 推导为 double 类型，并依次打印出每一个价格。

使用范围 for 修改元素

在使用范围 for 循环时，有一个初学者很容易忽略的细节：如果写成 for (int num : arr)，在循环体内部修改 num 的值，并不会改变原数组 arr 里的元素。下面我们来看一个例子。

示例 4：普通变量无法修改原数组

#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40};

    // 尝试将每个元素加 5
    for (int num : arr) {
        num += 5;
    }

    for (int num : arr) {
        std::cout << num << ' ';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

10 20 30 40

分析：

从运行结果可以看出，虽然我们在第 1 个循环里执行了 num += 5，但最后打印出来的原数组依然是 10、20、30、40，没有任何变化。

为什么会这样呢？因为 for (int num : arr) 在每一轮循环中，只是把原数组里的元素 “复印了一份” 交给临时变量 num。循环体里的 num += 5 修改的只是手里这份副本，原数组 arr 里的原始数据自然不会受到影响。

那如果我们希望通过范围 for 循环直接修改原数组里的元素，应该怎么做呢？方法很简单，只需要在类型后面加上一个 & 符号，写成 int& num 或 auto& num 就可以了。

示例 5：使用引用修改原数组

#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40};

    // 加上 & 直接修改原元素
    for (int& num : arr) {
        num += 5;
    }

    for (int num : arr) {
        std::cout << num << ' ';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

15 25 35 45

分析：

在上面代码中，int& 用到了 C++ 的引用，后面章节会详细介绍。这里跟在类型名后面的 & 并不是按位与运算符，它的作用是给原数组里的元素起一个 “别名”。

加上 & 之后，变量 num 就直接绑定了原数组中的元素本身，相当于直接操作原件而不再复制副本，因此在循环里修改 num 就会同步改变原数组里的值。

结合前面介绍的 auto 关键字，在实际开发中我们只需要把下面这 2 种常用写法区分清楚就可以了：

// 只读遍历
for (auto num : arr) {
    std::cout << num << ' ';
}

// 修改元素
for (auto& num : arr) {
    num += 5;
}

两种 for 循环如何选择？

学到这里，我们已经掌握了遍历数组的两种常用方式：一种是通过下标控制循环，另一种是使用范围 for 循环直接取出元素。在实际开发中，大家可以根据以下 2 条标准来选择：

• 优先使用范围 for 循环：如果只需要从头到尾按顺序读取或修改每个元素，并且不需要知道当前元素的下标位置，推荐使用范围 for 循环。这样代码最简短，还能避免写错循环条件引发下标越界。
• 按需使用传统下标 for 循环：如果在循环中需要用到元素的下标 i、需要倒序遍历，或者只需要遍历数组的一部分元素，则使用传统的下标 for 循环。