C ++中的“for each”循环如何知道数组的长度

Question

我正在查看来自http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/arrays/ 的以下示例，但我无法弄清楚第二个 for 循环是如何工作的。 for 循环如何知道数组何时结束。如果它可以弄清楚为什么第一个循环不使用类似的方法？我的印象是无法确定数组的长度。我不确定如何调和这些概念。谢谢！

编辑：感谢所有出色的答案！

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
  int myarray[3] = {10,20,30};

  for (int i=0; i<3; ++i)
    ++myarray[i];

  for (int elem : myarray)
    cout << elem << '\n';
}

Answer 1

之所以有效，是因为for 循环有效¹ 使用了std::begin 和std::end。反过来，它们也可以工作，因为它们专门为内置数组提供重载，如下所示：

template <class T, size_t N>
T *begin(T (&array)[N]) {
    return array;
}

template <class T, size_t N>
T *end(T (&array)[N]) {
    return array+N;
}

虽然它（显然）在最初的（1998 年）C++ 标准发布之前尚未实现，但这种技术不需要任何 C++98 中可用的语言特性。 C++11 编纂了该技术并投入使用。

由于在这种情况下，参数被指定为对数组的引用，因此只有当参数确实是数组时，类型推导才会成功。对于std::begin，还有一些版本支持其他参数类型并使用（例如）集合的begin() 和end() 成员（如果该类型匹配）。

---

1. 在这种情况下，“有效”意味着在某些情况下，基于范围的 for 循环使用 begin 和 end，而在其他情况下则不使用。如果您对技术感兴趣，它们不会用于数组，而是直接进行类似的计算。同样，对于具有 begin 和 end 成员的容器类型，直接使用它们。如果两者都不成立，则使用 begin(range) 和 end(range)，它们可以使用 std::begin/std::end 或 begin(x)/end(x) 对，由参数相关查找找到。

Answer 2

由于数组定义，编译器知道数组元素的数量。所以它使用表达式myarray 和myarray + 3 来遍历数组。

实际上循环如下所示

for ( auto first = myarray, last = myarray + 3; first != last; ++first )
{
   auto elem = *first;
   cout << elem << '\n';
}

考虑到基于范围的 for 语句既不使用 std::begin() 也不使用 std::end() 作为数组，正如其他人在此处所写的那样。:)

根据 C++ 标准

——如果 _RangeT 是数组类型，begin-expr 和 end-expr 是 __range 和 __range + __bound，其中 __bound 是数组边界。如果 _RangeT 是一个未知大小的数组或 类型不完整，程序格式错误；

Answer 3

编译器知道数组的实际类型并使用标准的基于迭代器的循环，其中array（相当于array + 0）和array + length（相当于*(&array + 1)）分别作为范围的开始和结束。

对于非数组，它首先在给定的范围内寻找begin和end，最后使用ADL寻找空闲函数。

除了使用 ADL 来查找免费函数之外，所有其他操作都将由 std::begin 和 std::end 同等完成，因此如果您在代码中使用 using std::begin; 和 using std::end;，未限定名称查找将模仿范围的规则-for-循环。

来自 C++1y 的正确部分：

6.5.4 基于范围的for语句[stmt.ranged]

1 对于基于范围的for 形式的语句

for ( for-range-declaration : expression ) statement

让range-init 等价于用括号括起来的expression₉₀( expression ) 和基于范围的for 形式的语句

for ( for-range-declaration : braced-init-list ) statement

让range-init 等价于braced-init-list。在每种情况下，基于范围的for 语句都等效于

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

其中__range、__begin和__end是仅为说明定义的变量，_RangeT是表达式的类型，begin-expr和end-expr确定如下：

• 如果_RangeT 是数组类型，则begin-expr 和end-expr 分别是__range 和__range + __bound，其中__bound 是数组绑定。如果_RangeT 是一个未知大小的数组或一个不完整类型的数组，则程序是非良构的；
• 如果_RangeT 是类类型，则在类_RangeT 的范围内查找非限定ID begin 和end，就像通过类成员访问查找(3.4.5) 一样，如果有（或两者）找到至少一个声明，beginexpr 和 end-expr 分别是 __range.begin() 和 __range.end()；
• 否则，begin-expr 和 end-expr 分别是 begin(__range) 和 end(__range)，其中 begin 和 end 在关联的命名空间 (3.4.2) 中查找。 [ 注意：不执行普通的非限定查找 (3.4.1)。 ——尾注]

2 在 for-range-declaration 的 decl-specifier-seq 中，每个 decl-specifier 应该是一个 type-specifier 或 constexpr.

Answer 4

您误以为 ranged-for 需要提前知道迭代次数（“长度”）。它没有。

它确实需要一个终止条件，其形式为it != __end，其中__end = x.end() 或__end = end(x)。

当然，数组不能改变它们的大小，所以在这种情况下检测结束和知道长度是等价的（长度可以从开始、结束和指针相减得到）。

正如 Oli 在 cmets 中提到的，数组的类型确实包含长度信息，std::end 对其参数使用数组引用，以避免丢失此信息的指针衰减。

定义基本上是：

namespace std
{
    template<typename T, size_t N> 
    T* end(T (&array)[N])
    {
        return array + N;
        // or if you want to be cute
        // return 1[&array];
    }
}

当数组引用中的边界是非类型模板参数时，它是可推导出的。在编写接受数组的函数时，请利用这一点。

(编译器实际上对数组的 end 内置了 array + N 计算，它不使用 std::end() 。但是无论如何内联后没有区别，看看你如何可以发挥与编译器相同的技巧。）