c++ - 使用 `for(auto& e : cont)` 安全吗？ vector<bool> 有什么问题？

我发现有时会使用 for (auto& e : cont) 而不是普通的 for (auto e : cont) (其中 cont 是一些容器，例如 std::vector )。到目前为止，我发现了两个原因:

引用应该避免复制对象(更快的执行)

某些类可能禁止复制(例如 std::thread )

经过几次测试，我可以看到:

for (auto& e : cont) 适用于除 std::vector<T>

之外的任何 std::vector<bool>

for (cont::reference e : cont) 适用于任何 std::vector<T> 包括 std::vector<bool> (这里显而易见的问题是:
我应该使用它而不是 for (auto& e : cont) 吗？

std::vector<bool> 不被认为是真正的容器，许多人认为它应该重命名(实现很好且有用，但应该有不同的名称，如 bitset 或 bitfield 或 dynamic_bitset )

std::vector<bool> 可以以 for (auto& e : cont) 也能工作的方式实现(见下面我的尝试)

这是我用于测试的代码:
(诀窍是使用 reference& iterator::operator * () { return *this; } )

#include <vector>
#include <iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;

#define USE_STD_VECT_BOOL 0

#if USE_STD_VECT_BOOL
typedef vector<bool> BITS;
#else
typedef class bvect {
    unsigned data; // we could use vector<unsigned> but this is just an examle
    unsigned size;
public:
    bvect(): data(0), size(0) {}
    void push_back(bool value) {
        if(value) data |= (1u<<size);
        size++; }
    class reference {
        friend class bvect;
    protected:
        unsigned& data;
        unsigned  flag;
        reference(unsigned& data, unsigned flag)
        : data(data), flag(flag) {}
    public:
        operator bool() const {
            return data & flag; }
        reference& operator = (bool value) {
            if(value) data |= flag;
            else data &= ~flag;
            return *this; }
    };
    class iterator: protected reference  {
        friend class bvect;
        iterator(unsigned& data, unsigned flag)
        : reference(data, flag) {}
    public:
        typedef bool value_type;
        typedef bvect::reference reference;
        typedef input_iterator_tag iterator_category;
    //  HERE IS THE TRICK:
        reference& operator * () {
            return *this; }
        iterator& operator ++ () {
            flag <<= 1;
            return *this; }
        iterator operator ++ (int) {
            iterator tmp(*this);
            operator ++ ();
            return tmp; }
        bool operator == (const iterator& rhs) {
            return flag == rhs.flag; }
        bool operator != (const iterator& rhs) {
            return flag != rhs.flag; }
    };
    iterator begin() {
        return iterator(data, 1); }
    iterator end() {
        return iterator(data, 1<<size); }
} BITS;
#endif

int main() {
    BITS bits;
    bits.push_back(0);
    bits.push_back(1);
#if !USE_STD_VECT_BOOL
//  won't compile for vector<bool>
    for(auto& a : bits)
        cout << typeid(a).name()
          << " = " << (int)(bool)a
          << endl;
#endif
//  std::_Bit_Reference
    for(BITS::reference a : bits)
        cout << typeid(a).name()
          << " = " << (int)(bool)a
          << endl;
//  few more tests
    for(auto a : bits)
        cout << (int)(bool)a;
    for(bool a : bits)
        cout << (int)(bool)a;
    cout << endl;
}

问题:

我应该使用 for (cont::reference e : cont) 而不是 for (auto& e : cont) 吗？

这招有什么问题？它可以增强到适用于任何用例吗？
编辑:我在这里指的是 bvect::reference& bvect::iterator::operator * () { return *this; }。

可以/应该更改 STL 吗？ (引用 vector<bool> )

反馈:答案和评论:

使用 for (auto&& e : cont)(用于写作)或 for (const auto& e : cont)(用于阅读/枚举)似乎适用于所有情况。 (感谢 dyp 和 Praetorian)

使用 typename iterator_traits<decltype(begin(cont))>::reference 似乎对数组也有效(cont=boo[2])。 (是的，它很丑，但我认为可以使用一些模板别名来缩短。我想不出需要这样做的反例，所以，现在，这不是解决方案。auto&& 是)

标准说 iterator::operator * () 必须返回 iterator::reference (不是 iterator::reference& )，但仍然不知道为什么。

最终判决:

auto it = bits.begin();
auto&& e = *it; cout << (bool)e;
it++; cout << (bool)e;
cout << endl;

输出:

这绝对是坏事。我们应该坚持标准( iterator::operator * () 必须返回 iterator::reference )。谢谢 :)

最佳答案

vector<bool> 是 vector 类模板的特化，它将 boolean 值存储在位域中以进行空间优化。由于您无法返回对位域的引用，因此 vector<bool>::reference 是一种类类型，代表单个 bool 的代理。 vector<bool>::operator[] 按值返回这个代理类实例；这同样适用于取消引用 vector<bool>::iterator 。

vector<bool> cont;
for (auto& e : cont) { ... }

在这里，您试图将左值引用绑定(bind)到右值，这是不允许的。

基于范围的 for 的好处是它也适用于普通的 C 数组。使用 cont::reference 将失败，以及任何没有名为 reference 的成员类型的可迭代类型。如果您希望对循环内的容器元素进行只读访问，则应使用 for(auto const& e : cont)，如果要修改元素，则应使用 for(auto&& e : cont)。

在后一种情况下，auto&& e 是可以绑定(bind)到左值和右值的通用引用，因此它也适用于 vector<bool> 情况。

关于c++ - 使用 `for(auto& e : cont)` 安全吗？ vector<bool> 有什么问题？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/25142557/