C++11 范围for的实现原理

       C++11支持range-based for循环。这是一个很方便的特性，能省挺多代码。以下代码就能很方便的遍历vector中的元素，并打印出来：

std::vector<int> int_vec;
int_vec.push_back(1);
int_vec.push_back(2);

//如果要修改int_vec中的元素，将变量x声明为 int& 即可
for(int x: int_vec) 
{
    std::cout << x << endl;
}

       可以遍历的对象包括：
       •数组（不包括指针）。
       •定义了begin()和end()方法，且返回该方法返回迭代器的类对象（STL 中所有容器都可以）。
       参考 http://en.cppreference.com/w/cpp/language/range-for 可知，语句 for ( range_declaration : range_expression) loop_statement 与以下语句作用等价：

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

       对于可遍历的类对象，begin和end分别由类的begin()和end()方法产生。且由于range变量是右值引用，如果range_expression的结果是右值，其将会在循环结束后析构。
       这样，C++11终于支持了这种现代编程语言都支持的遍历方式了。但是，无论是语法还是标准库都不支持对具体数字的遍历，比如python中的for i in xrange(1,5)语句中，x将连续取[1,4]中的值。
       最直接的方法，就是写一个函数，返回一个vector对象，其元素为从begin到end的值。但这样每次循环时都得构造一个这样的对象，略慢。
       从标准来看，如果一个类要支持这样遍历，至少得有begin()和end()方法。在for循环的初始化部分，调用了这两个方法之后，就没这个类啥事了——都是迭代器的事。所以很自然，从迭代器上下手。这个迭代器必须支持三种操作：!=，前缀++，解引用。有没发现，如果这个“迭代器”是个int数值的话，上面循环中的begin!=end;++begin语句就是一个非常自然的实现。现在的目标很简单了：这个“迭代器”不遍历容器中的每个元素，而就是一个简单的int数值的封装。对其解引用将返回这个数，而比较和自加操作均对这个数进行操作。
       有想法之后，实现起来就很容易了。首先定义一个仿迭代器 Iter ，其对一个数值进行封装，并重载必须的操作符。

class Iter
{
public:
    typedef long value_type;

public:
    explicit Iter(value_type val)
        : value_(val)
    {

    }

    bool operator != (const Iter& other) const
    {
        return value_ != other.value_;
    }

    value_type& operator*()
    {
        return value_;
    }

    const value_type& operator*() const
    {
        return value_;
    }

    Iter& operator++ ()
    {
        ++value_;
        return *this;
    }

    Iter operator++ (int)
    {
        Iter tmp = *this;
        ++value_;
        return tmp;
    }

private:
    value_type value_;
};

       至于“容器”类的实现，就更简单了：实现begin()和end()方法，并返回上面的 Iter 就好了。类中的方法加了一些cout语句，可以更清楚的了解循环执行时具体方法的调用过程，实际用时可以删掉。

class Range
{
    using iterator = Iter;
public:
    Range(iterator::value_type begin, iterator::value_type end)
        : begin_value_(begin), end_value_(end)
    {
        std::cout << "Range::Range()" << std::endl;
    }

    ~Range()
    {
        std::cout << "Range::~Range()" << std::endl;
    }

    iterator begin() const
    {
        std::cout << "Range::begin()" << std::endl;
        return iterator(begin_value_);
    }

    iterator end() const
    {
        std::cout << "Range::end()" << std::endl;
        return iterator(end_value_ + 1);
    }

private:
    iterator::value_type begin_value_;
    iterator::value_type end_value_;
};

       好了，试试看这货有没用：

int main()
{
    for(auto x : Range(1, 2))
    {
        std::cout << x << std::endl;
    }

    std::cout << "Loop end" << std::endl;
    return 0;
}

       输出如下：

Range::Range() 
Range::begin() 
Range::end() 
1
2
3
4
5
Range::~Range() 
Loop end