《C++初阶之STL》【auto关键字 + 范围for循环 + 迭代器】
【auto关键字 + 范围for循环 + 迭代器】目录
- 前言：
- --------------- auto关键字 ---------------
- 1. 什么是auto？
- 2. 使用关键字auto时需要注意什么？
- 3. 怎么使用auto关键字？
- --------------- 范围for循环 ---------------
- 1. 什么是范围for循环?
- 2. 怎么使用范围for循环？
- 3. 范围for循环有什么优势？
- --------------- 迭代器 ---------------
- 1. 什么是迭代器？
- 2. 迭代器有哪些？
- 2.1：按“功能强弱”进行划分
- 2.2：按“读写权限+遍历方向”进行划分
- 3. 怎么使用迭代器？
往期《C++初阶》回顾：/------------ 入门基础 ------------/
【C++的前世今生】
【命名空间 + 输入&输出 + 缺省参数 + 函数重载】
【普通引用 + 常量引用 + 内联函数 + nullptr】
/------------ 类和对象 ------------/
【类 + 类域 + 访问限定符 + 对象的大小 + this指针】
【类的六大默认成员函数】
【初始化列表 + 自定义类型转换 + static成员】
【友元 + 内部类 + 匿名对象】
【经典案例：日期类】
/------------ 内存管理 ------------/
【内存分布 + operator new/delete + 定位new】
/------------ STL ------------/
【泛型编程 + STL简介】
前言：
Hi~ 小伙伴们大家好呀 (●’◡’●)！这周末我们就要进入 “三伏天” 的入伏阶段啦🔥，一年中最热、最潮湿的时期即将正式开启，大家一定要注意做好防暑措施哦～🌞💦
今天我们要学习的【auto 关键字 + 范围 for 循环 + 迭代器】内容📚，主要是为后面学习 STL 容器打基础的哟 (｡･ω･｡)ﾉ♡
虽然这部分知识相对简单(◕‿◕✿)，可大家也不能掉以轻心，要认真掌握呀(ง •_•)ง
--------------- auto关键字 ---------------
1. 什么是auto？
注：在进行
string类的模拟实现之前，我们要先来学习一下C++的两个小语法
关键字auto范围for循环方便后面我们进行模拟实现。
在 C语言 和 C++ 中，auto 的含义有所不同：
C 语言中的 auto
auto： 是 C 语言的存储类型说明符，用于声明具有自动存储期的局部变量
具有自动存储期的变量在进入声明它的程序块时被创建，在该程序块活动时存在，退出程序块时被撤销。
在函数内部定义的变量，若未声明为其他存储类型（如：
static、register、extern），默认就是自动变量，所以实际中auto关键字常被省略 。例如：int a = 0;和auto int a = 0;是等价的。另外：
- 注意一：用
auto声明变量时可不进行初始化。- 注意二：当省略数据类型时，
auto修饰的变量默认为int型 。
C++中的 auto
C++98 和 C++03 标准：与 C 语言中 auto 的含义一致，用于声明自动变量，但因即使不使用 auto 声明，变量也拥有自动生命期，所以该用法多余且极少使用 。
C++11 及以后标准：auto 被重新定义为自动推断变量类型的
类型指示符
使用 auto 定义变量时必须进行初始化。
在编译阶段，编译器会根据初始化表达式来推导 auto 实际代表的类型，此时 auto 只是一个类型声明时的 “占位符” 。
auto num = 10; // num会被推导为int类型 auto str = std::string("hello"); // str会被推导为std::string类型
在 C++ 后续标准中，auto 的功能进一步扩展：
C++14：
auto可用于推导普通函数的返回类型
- 例如：
auto func() { return 42; }，编译器会根据return语句推导出函数返回类型为int
auto可作为泛型 Lambda 表达式的参数类型，提高代码复用性。C++17：
引入模板参数推导，允许使用 auto 指定函数模板参数类型时，编译器可根据实参推导模板参数类型。引入结构化绑定，允许使用 auto 解构数组、结构体和tuple，方便访问复合数据类型元素 。
总结：auto 在 C++ 中的应用，尤其是在编写模板代码或处理复杂类型时，能大大简化代码编写，提高编程效率 。
2. 使用关键字auto时需要注意什么？
在 C++ 中使用
auto关键字时，需要注意以下几点：1. 必须初始化：
auto 必须通过初始化表达式推导类型，否则会导致编译错误。
auto x; // 错误：未初始化，无法推导类型auto x = 10; // 正确：根据10推导为int
2. 推导规则可能与预期不符：
（1）忽略
顶层const和引用
auto 会忽略初始化表达式的
顶层const和引用属性，除非：显式指定const int a = 10; auto b = a; // b的类型是int（忽略顶层const） auto& c = a; // c的类型是const int&（保留const）int x = 10; int& ref = x; auto y = ref; // y的类型是int（忽略引用）（2）
数组和函数会退化为指针
当初始化表达式是
数组或函数时，auto 会将其推导为指针类型，除非：使用decltype(auto)int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; auto ptr = arr; // ptr的类型是int*（数组退化为指针）
3. 声明指针或引用时的语法差异
指针类型：使用auto声明指针时，auto和auto*等价（*可加可不加），因为编译器会根据初始化表达式自动推导为指针类型int* p = new int(10);auto ptr1 = p; // ptr1类型为int* auto* ptr2 = p; // ptr2类型也为int*（与ptr1等价）
引用类型：声明引用时必须显式使用&，否则auto会推导为值类型（非引用）int x = 20;auto& ref = x; // 正确：ref为int&（引用） auto val = x; // 错误：val为int（值类型，非引用）
4. 同一行声明多个变量时类型必须一致
当在同一行使用 auto 声明多个变量时，所有变量的类型必须完全一致，否则会编译报错。
因为：编译器仅对第一个变量的类型进行推导，其他变量强制使用该类型。
//错误示例： auto a = 10, b = 3.14; // 错误：a推导为int，b推导为double（类型不一致） auto* p1 = &a, p2 = &b; // 若a和b类型不同，p2可能为不同类型的指针//正确示例： auto a = 10, b = 20; // 正确：a和b均为int auto* p1 = &a, p2 = &b; // 正确：p1和p2均为int*（假设a和b为int）
5. 不能作为函数参数，但可作为返回值（谨慎使用）
作为函数参数：auto 无法用于函数参数的类型声明。
因为：函数参数需要明确的类型。
// 错误示例： void func(auto x); // 错误：auto不能作为函数参数类型
作为函数返回值：C++14 允许auto作为函数返回类型（需通过return语句推导唯一类型），但需注意：
函数体必须可见（
不能在头文件中声明后在源文件中定义）若存在多个return语句，推导的类型必须一致
auto add(int a, int b) // C++14及以后 { return a + b; // 返回类型推导为int }
3. 怎么使用auto关键字？
代码示例1：
#include <iostream>
using namespace std;//可以作返回值，但建议谨慎使用（需确保返回类型明确）
auto func()
{return 3; //返回类型被推导为int
}int main()
{cout << "============== 基础类型推导 ==============" << endl;int a = 10;auto b = a; // b的类型推导为intauto c = 'a'; // c的类型推导为charauto d = func(); // d的类型由func1()的返回类型决定//错误示例：auto变量必须初始化，编译器无法推导未初始化变量的类型//auto e; // 缺少初始化表达式// 打印类型信息（不同编译器输出可能不同）cout << "b的类型是：" << typeid(b).name() << endl; //可能输出"int"cout << "c的类型是：" << typeid(c).name() << endl; //可能输出"char"cout << "d的类型是：" << typeid(d).name() << endl; //取决于func1()的返回类型cout << "============== 指针和引用推导 ==============" << endl;int x = 10;//知识点1：使用auto声明指针时，auto和auto*等价（*可加可不加）auto y = &x; // y的类型推导为int*auto* z = &x; // 显式指定指针类型，z的类型为int*//知识点2：声明引用时必须显式使用&auto& w = x; // w的类型推导为int&cout << "y的类型是：" << typeid(y).name() << endl; // int*cout << "z的类型是：" << typeid(z).name() << endl; // int*cout << "w的类型是：" << typeid(w).name() << endl; // 注意：这里输出的是int，但是其实w的类型是：int&//因为：引用类型被 “剥除”：当对引用类型使用 typeid 时，返回的是被引用对象的类型，而非引用类型本身cout << "============== 多变量声明限制 ==============" << endl;auto aa = 1, bb = 2; // 合法：aa和bb都被推导为intcout << "aa的类型是：" << typeid(aa).name() << endl; // intcout << "bb的类型是：" << typeid(bb).name() << endl; // int//错误示例：//auto cc = 3, dd = 4.0; // cc是int，dd是double//auto多变量声明时，所有变量必须推导为同一类型cout << "============== 数组类型限制 ==============" << endl;//错误示例：auto不能用于声明数组类型//auto array[] = { 4, 5, 6 };return 0;
}
代码示例2：
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;int main()
{/*------------------创建一个map字典------------------*/// 创建一个map字典，存储英文单词到中文的映射// key类型为std::string，value类型为std::stringstd::map<std::string, std::string> dict = {{ "apple", "苹果" }, // 键值对1{ "orange", "橙子" }, // 键值对2 { "pear", "梨" } // 键值对3};/*------------------创建一个迭代器------------------*/ //原始写法（较冗长）：// std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();//使用auto自动推导迭代器类型（现代C++推荐写法）：auto it = dict.begin(); // it会被自动推导为std::map<std::string, std::string>::iterator类型/*------------------使用迭代器遍历map字典------------------*/while (it != dict.end()){//1.输出当前键值对//1.1：it->first 表示key（英文单词）//1.2：it->second 表示value（中文翻译）cout << it->first << ":" << it->second << endl;//2.移动到下一个元素++it;}return 0;
}
--------------- 范围for循环 ---------------
1. 什么是范围for循环?
范围for循环（Range-based for loop）：是 C++11 引入的一种语法糖，用于简化遍历容器或序列的过程。
- 传统的 for 循环需要显式指定循环范围，不仅代码冗长，还容易因索引越界等问题引入错误，而基于范围的 for 循环则提供了更简洁、易读的语法，避免了传统 for 循环中迭代器 或 索引的显式使用，自动完成迭代过程。
- 从实现原理上看，范围 for 循环是迭代器模式的语法糖。 编译器会自动将其转换为等价的迭代器遍历代码，包括
迭代器的获取、元素访问和边界判断。这种转换在汇编层面表现为与手动编写的迭代器代码基本一致，因此不会引入额外的性能开销。
2. 怎么使用范围for循环？
范围 for循环基本语法：
for (元素类型 变量名 : 容器/序列) {// 使用变量名访问当前元素 }
declaration：定义一个变量，用于存储每次迭代时从 range 中取出的元素。range：表示要遍历的范围，可以是数组、容器（如：std::vector、std::list）、初始化列表等。
范围 for循环工作原理：
迭代对象：
- 对于
数组，直接遍历数组的每个元素。- 对于
标准库容器（如：vector、map），使用容器的begin()和end()迭代器。- 对于
自定义类型，需提供begin()和end()成员函数或全局函数。变量类型：
- 可使用 auto 自动推导元素类型
- 若需修改元素值，应声明为引用类型（
auto&或const auto&）
代码片段示例：
1. 遍历数组
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; for (int num : arr) {std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 }
2. 遍历 vector
#include <vector>std::vector<int> vec = {1, 2, 3}; for (auto& num : vec) // 使用引用允许修改元素 { num *= 2; }
3. 遍历 map
#include <map>std::map<int, std::string> dict = {{1, "one"}, {2, "two"} };for (const auto& pair : dict) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << "\n"; }
4. 初始化列表
for (int x : {10, 20, 30}) {std::cout << x << " "; // 输出: 10 20 30 }
3. 范围for循环有什么优势？
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;int main()
{// 定义一个包含5个整数的数组int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };/******************** C++98 风格的遍历 ********************//** 传统遍历方式特点：* 1. 需要手动计算数组长度* 2. 使用下标访问元素* 3. 需要维护循环变量i*///使用for循环修改数组中的元素for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2;}//使用for循环输出修改后的数组for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){cout << array[i] << " ";}cout << endl;/******************** C++11 风格的遍历 ********************//** 范围for循环特点：* 1. 自动推导元素类型（使用auto）* 2. 自动处理数组边界* 3. 代码更简洁*///使用引用修改元素（auto&）for (auto& e : array)e *= 2; //使用值访问元素（auto）for (auto e : array)cout << e << " ";cout << endl;/******************** 字符串遍历示例 ********************/string str("hello world");/** 字符串遍历说明：* 1. auto自动推导为char类型* 2. 不需要考虑字符串长度* 3. 可以方便地处理每个字符*/for (auto ch : str){cout << ch << " "; // 输出：h e l l o w o r l d}cout << endl;return 0;
}
--------------- 迭代器 ---------------
1. 什么是迭代器？
迭代器（Iterator）：是一种抽象的编程概念，用于在容器（如：数组、链表、集合、映射等）中遍历元素，并访问容器中的数据，而无需暴露容器的底层实现细节。
- 它本质上是一个 “指针 - like” 的对象，提供了一种统一的方式来操作不同类型的容器，使得代码可以不依赖于具体容器的内部结构，从而增强代码的通用性和可移植性。
迭代器的核心作用：
遍历容器元素
迭代器可以像指针一样逐一遍历容器中的元素，支持向前或向后移动（取决于容器类型和迭代器种类）访问容器数据
通过迭代器，可以读取或修改容器中的元素（取决于迭代器的类型是否支持写操作）统一容器操作接口
C++ 标准库中的算法（如：sort、find、for_each等）都依赖迭代器来操作容器，使得同一套算法可以适配不同类型的容器（如：vector、list、set等）
2. 迭代器有哪些？
注：迭代器可以根据不同的划分方式划分出不同的迭代器：下面的我们将介绍以下的两种划分方式。
2.1：按“功能强弱”进行划分
| 类型 | 功能 | 支持操作 |
|---|---|---|
| 输入迭代器 | 只能读取 容器元素单向移动（只能递增）不支持重复读取（类似一次性指针） | ++it（递增）*it（解引用读取）== 和 !=（比较） |
| 输出迭代器 | 只能写入 容器元素单向移动（只能递增）不支持读取 | ++it（递增）*it = value（赋值写入） |
| 前向迭代器 | 支持 读取和写入（若容器允许）单向移动可 多次访问 同一元素 | 输入迭代器 + 可保存状态（如多次解引用同一迭代器） |
| 双向迭代器 | 支持 前后双向 移动（递增和递减） | 前向迭代器 + --it（递减） |
| 随机访问迭代器 | 支持 随机访问 元素（类似指针算术运算）可直接跳跃到任意位置 | 双向迭代器 + it + n、it - nit[n]it1 - it2（计算距离）<, <=, >, >=（比较大小） |
2.2：按“读写权限+遍历方向”进行划分
| 迭代器类型 | 说明 | 典型获取方式 |
|---|---|---|
iterator | 可读写，正向遍历 容器元素的迭代器在容器中正常顺序地访问和修改元素 | begin()、end() |
const_iterator | 只读，正向遍历 容器元素的迭代器用于在不修改容器元素的情况下，按正常顺序遍历容器 | cbegin()、cend() |
reverse_iterator | 可读写，反向遍历 容器元素的迭代器用于以逆序方式访问和修改容器元素 | rbegin()、rend() |
const_reverse_iterator | 只读，反向遍历 容器元素的迭代器用于在不修改容器元素的前提下，逆序遍历容器 | crbegin()、crend() |
3. 怎么使用迭代器？
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main()
{string s("Hello, World!");cout << "原始字符串: " << s << endl << endl;/*------------------使用iterator正向遍历（可读写）------------------*/cout << "iterator 正向遍历: ";for (string::iterator it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {cout << *it; //读取元素*it = toupper(*it); //修改元素（转换为大写）}cout << endl << "修改后的字符串: " << s << endl << endl;/*------------------使用const_iterator正向遍历（只读）------------------*/cout << "const_iterator 正向遍历: ";for (string::const_iterator cit = s.cbegin(); cit != s.cend(); ++cit) {cout << *cit; //只读访问//*cit = 'x'; //错误：不能通过const_iterator修改}cout << endl << endl;/*------------------使用reverse_iterator反向遍历（可读写）------------------*/cout << "reverse_iterator 反向遍历: ";for (string::reverse_iterator rit = s.rbegin(); rit != s.rend(); ++rit) {cout << *rit; //反向读取元素*rit = tolower(*rit); //修改元素（转换为小写）}cout << endl << "再次修改后的字符串: " << s << endl << endl;/*------------------使用const_reverse_iterator反向遍历（只读）------------------*/cout << "const_reverse_iterator 反向遍历: ";for (string::const_reverse_iterator crit = s.crbegin(); crit != s.crend(); ++crit) {cout << *crit; //反向只读访问// *crit = 'x'; //错误：不能修改}cout << endl;return 0;
}
