C++11 你真的会用迭代器(iterator)么？

[10km]

C++ STL提供了丰富的标准容器(Container)对象(vector,array,queue,list,set,unordered_map/set...)，让我们可以根据需求选择不同的容器管理各种类型的数据。说到使用容器，不用迭代器(iterator)是不可能的，所有的容器对象都根据容器的特点都提供了类似但不同的iterator，用于访问容器中的数据。

迭代器(iterator)循环
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一般来说，如果要遍历一个容器中的所有数据，程序员们最常用的写法是：

#include <list>
#include <iostream>
int main(){
list<int> lst;
for(list<int>::iterator itor=lst.begin();itor!=lst.end();itor++){
	cout<<(*itor)<<endl;
	//do something
}
}

基于范围的for循环
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C++11提供了关于for循环的新特性:基于范围的for循环( the range-base for statement)，再加上"类型推导"特性可以将上面的代码进一步简化：

for(auto &node:lst){
	cout<<node<<endl;
	//do something
}

没有区别吗？
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显然，新的for循环写法更简洁，但新的for循环写法的优点仅此而已吗？
仔细琢磨，你会注意到，第一种写法，每次循环，都要调用`lst.end()`,

这是list.end()函数的源代码(来自C++11中头文件`stl_list.h`)：

      /**
       *  Returns a read/write iterator that points one past the last
       *  element in the %list.  Iteration is done in ordinary element
       *  order.
       */
      iterator
      end() _GLIBCXX_NOEXCEPT
      { return iterator(&this->_M_impl._M_node); }

可以看出，每一次调用end()函数，都会返回一个`iterator`对象，根据迭代器的特性我们可以知道在整个迭代循环过程中，每次调用`end()`返回的对象其实都是完全一样的，而每次的调用都不可避免会发生对象构造、复制。。。等等动作，这对于要求高性能的应用场合，这种无意义的重复是不可接受的。

那么基于范围的for循环( the range-base for statement)会不会是同样的处理方式呢？
为了验证这个问题，我做了一个试验：
在我的上一篇文章
《C++11 为自定义容器实现标准的forward迭代器》中我实现了一个基于自定义哈希表(`HashTableAbstract`)的标准forward迭代器。于是我在HashTableAbstract 的end()函数中加入了调试代码，这样每次`end()`都会输出调试信息：

	iterator end()noexcept
	//{ return iterator(this->m_table,this->m_table.capacity); }//原代码
	{
		cout << "return a end iterator" << endl;//输出调试信息
		return iterator(this->m_table, this->m_table.capacity);
	}

然后运行如下测试代码：

	HashSetCl<int> testhash;//HashSetCl是基于HashTableAbstract子类，实现哈希集合
	testhash.insert(2000);//加入3条数据
	testhash.insert(65535);
	testhash.insert(12345);
	cout<<"testing for statement using iterator:"<<endl;//使用迭代器循环
	for (auto itor = testhash.begin(); itor != testhash.end(); itor++) {
		cout << *itor << endl;
	}
	cout<<"testing for the range-base for statement:"<<endl;//使用基于范围的for循环
	for (auto n : testhash) {
		cout << n << endl;
	}

以下是程序输出(debug/release结果一样)

引用

testing for statement using iterator://注，循环中调用了三次end()
return a end iterator
2000
return a end iterator
12345
return a end iterator
65535
return a end iterator
testing for the range-base for statement://注，循环中调用了一次end()
return a end iterator
2000
12345
65535

总结
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上面的输出可以证实，基于范围的for循环( the range-base for statement)只会在循环开始的时候调用一次`end()`,与一般直接使用迭代器(iterator)的循环相比，不仅具备代码更简洁的优点，性能上也更具备优势。

如果你还是"坚持传统",习惯直接使用迭代器来工作，那么建议对代码做一些改进，还以最前面的代码为例，在循环开始时调用一次`end()`函数保存成临时变量`end`，然后每次循环比较的时候不再调用`end()`函数，而是直接与临时变量`end`相比，就避免了重复调用`end()`。

for(auto itor=lst.begin(),end=lst.end();itor!=end;itor++){
	cout<<(*itor)<<endl;
	//do something
}

[zhousitiaoda]

这跟迭代器有什么关系，这是C++11的优化，而且楼主最后的建议也是有局限性的，遍历的过程中end()的值有可能会发生，比如erase。。

[paschen]

开了优化以后函数会内联，基本没有效率上的开销 另推荐看；http://blog.csdn.net/ls306196689/article/details/35787955

[fefe82]

a range-based for statement is equivalent to

{
  auto && __range = range-init;
  for ( auto __begin = begin-expr,
    __end = end-expr;
    __begin != __end;
    ++__begin ) {
      for-range-declaration = *__begin;
      statement
  }
}

[10km]

引用 1 楼 zhousitiaoda 的回复:

这跟迭代器有什么关系，这是C++11的优化，而且楼主最后的建议也是有局限性的，遍历的过程中end()的值有可能会发生，比如erase。。

引用 2 楼 paschen 的回复:

开了优化以后函数会内联，基本没有效率上的开销 另推荐看；http://blog.csdn.net/ls306196689/article/details/35787955

两位说的没错，这个结论有局限性，准确的说应该是，无序容器迭代遍历(只读)的情况下，这个结论才有效 因为我是自己写了一个无序的容器，只实现forward迭代器，不能使用下标访问，而且每次循环都是只读访问没有删除动作，所以 所以 http://blog.csdn.net/ls306196689/article/details/35787955这里第一，二种方式都不在考虑之列，能选择的遍历方式只能是第3,4,5种

[D41D8CD98F]

引用 楼主 10km 的回复:

一般来说，如果要遍历一个容器中的所有数据，程序员们最常用的写法是：

#include <list>
#include <iostream>
int main(){
list<int> lst;
for(list<int>::iterator itor=lst.begin();itor!=lst.end();itor++){
	cout<<(*itor)<<endl;
	//do something
}
}

cbegin() / cend() 表示不服。

[xiaoxiangqing]

迭代器越来越方便，为什么不用呢？

[珍惜生命远离CPP]

以前不都是用 std::for_each 么

[gemo]

整天研究这些东西是c++的悲哀

[YouNeverCanTell]

循环过程中迭代器可能会有失效情况发生，每次循环计算一次end()还是有必要的；不然可以先定义一个变量保存end()

[小弟是菜鸟]

存在，即合理。只operator()，使用for_each的飘过。

[蓝鹰]

可以少敲几个键，但我老大用的旧的编译器。他编不过，所以算了。

[Will. Liu]

引用 9 楼 gemo 的回复:

整天研究这些东西是c++的悲哀

正解！

[钮牛]

迭代器很方便啊，用着挺好的

[zhxingway]

c++11编译时有什么限制么？

[taanniu1]

引用 9 楼 gemo 的回复:

整天研究这些东西是c++的悲哀

每个知识点，总要有人深入研究的！对于规范使用C++，高效使用C++ 是有帮助的

[mmadd3]

vb 好 、