循环整数范围的最简洁方法

Question

自从C++11引入了基于范围的for循环(range-based for in c++11)，如何以最简洁的方式表达循环整数范围？

不要使用

for (int i=0; i<n; ++i)

我想写类似于

for (int i : range(0,n))

新标准是否支持这种类型的内容？

更新：本文介绍如何在C++11中实现一个范围生成器：C++中的生成器。

- user1101674

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@Xeo，你是认真的吗？循环遍历整数范围（我非常确定）在除了简单的“HelloWorld”程序之外的每个C源代码中都有。或者你的意思是：为什么要使用基于范围的“for”来做那件事呢？ - paxdiablo

Boost.Range有irange。 - Cat Plus Plus

@paxdiablo：C源代码是无关紧要的。问题明确地涉及到C++11。 - Puppy

@Xeo，我现在理解你了。 你的观点很好，除了一个小用例（我在许多for/foreach问题中发现）。 有时您确实需要知道索引。 尽管这可能是一个小用例，但我可以想象出一些可能需要它的事情-就在前几天，我让我的孩子做了一个12倍表程序，尽管不是在C++上，因为我认为对于一个9岁的孩子来说，那会是残忍的惩罚 :-) - paxdiablo

@Xeo：有很多时候我需要循环一定范围内的整数，即使只是为了同时循环容器并访问索引。 - Nicol Bolas

Answer 1

虽然C++11标准没有提供这个功能，但是你可以编写自己的视图或使用boost提供的视图库：

#include <boost/range/irange.hpp>
#include <iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    for (auto i : boost::irange(1, 10))
        std::cout << i << "\n";
}

此外，Boost.Range 还包含一些更有趣的范围，结合新的 for 循环可能会非常有用。例如，您可以获得一个reversed view。

- ixSci

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基本上，一个人可以自己实现一个满足范围for要求的类。 - Euri Pinhollow

@EuriPinhollow，我选择了不好的措辞。现在已经更新。 - ixSci

你是否知道一个C++14/C++17的最小自包含irange实现？ - einpoklum

@ixSci：来吧，使用堆？这对编译器来说将是非常困难的（https://godbolt.org/g/vcPKXc）。 - einpoklum

@ixSci：好的，说得也有道理，但我的观点是实现需要（轻松地）转换为与普通for循环相同的指令，并且在堆上创建std::vector并不是这样做到的。 - einpoklum

Answer 2

最简洁的方法仍然是这样的：

for (int i=0; i<n; ++i)

我猜你是可以做到这个，但我不认为它很简洁：

#include <iostream>

int main()
{
  for ( auto i : { 1,2,3,4,5 } )
  {
    std::cout<<i<<std::endl;
  }
}

- BЈовић

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我会为那第一句话点一个赞。有时候老方法仍是最好的 :-) - paxdiablo

除非n是一个昂贵的表达式，否则irange是简洁且高效的。 - Macke

这不是很简洁的代码。它有三个（或如果你想要严谨一些就是两个）不同的命令语句，你必须将它们组合起来才能意识到这是一个循环。一点也不简洁。此外，它没有表明变量“i”是否重要，或者作者只是想运行一段代码“n”次。 - einpoklum

@einpoklum：“neatest”并不等同于“整洁”，这是根据某些隐含的黄金标准所判断的。它只是意味着“在纯粹的、裸露的C++中还没有更好的替代方案，令人遗憾”。 - Sz.

我不小心打了“for (int j=0; j<n; ++i)”好几次，让我觉得这样做并不好。 - Don Hatch

我正在从另一个角度寻找“更整洁”的解决方案：由于 i 的递增，i 不能是 const，尽管有人希望表达 i 不应该被修改（除了递增）。第二种解决方案虽然不是“那么整洁”，但至少允许将 i 设为 const。 - Roland Sarrazin

Answer 3

使用C++20，我们将拥有ranges。如果您无法访问C++20，可以通过从其作者Eric Niebler的github上下载最新的稳定版本，或者访问Wandbox来尝试它们。您感兴趣的是ranges::views::iota，它使得以下代码合法：

#include <range/v3/view/iota.hpp>
#include <iostream>

int main() {
    using namespace ranges;
    
    for (const int i : views::iota(1, 10)) {
        std::cout << i << ' ';
    }
}

这种方法的优点在于视图是“惰性”的。这意味着即使`views::iota`表示从`1`到`10`（不包括`10`）的范围，该范围内的整数在任何给定时间内都不会超过一个。元素是“按需生成”的。

如果您有C++20的访问权限，这个版本可以直接使用。

#include <ranges>
#include <iostream>

int main() {  
    for (const int i : std::views::iota(1, 10)) {
        std::cout << i << ' ';
    }
}

- Fureeish

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挑剔一点：据我所知，ranges-v3仅适用于C++14，而不适用于C++11；而这个问题是关于C++11的 - 它被标记为这样，并且OP在正文中也这么说了。 - einpoklum

@einpoklum 我相信它们可以与C++11一起使用。虽然我没有测试过，但我相信Eric Niebler在他的演讲中说过它们与C++11兼容。 - Fureeish

该库文档表示支持C++14及以上版本。另外，如果不麻烦的话，您能告诉我您回答这个问题的确切时间吗？（这与一些关于元数据的争论有关）我只看到小时分辨率的时间。 - einpoklum

也许你应该只包含range/v3的部分内容？ - einpoklum

这个的好处是你可以将迭代变量i标记为const。 - bers

Answer 4

如果您不介意反向循环，您可以将

```for (int i=0; i

简化为

```for (int i=n; i--; )```

- Mike Redrobe

Answer 5

根据你需要对整数执行的操作，也要考虑<numeric>头文件，特别是结合std::transform和std::fill使用std::iota函数来处理不同情况。

- Emilio Garavaglia

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我怎么能相信编译器会优化掉所有这些，使它再次成为一个简单的循环呢？特别是因为你可能需要一个辅助向量来存储0...n-1的值。 - einpoklum

如果你不信任编译器的优化，使用C语言而不是C++。 - Emilio Garavaglia

我不是在谈论那种编译器优化。我指的是更加前沿的优化，例如当编译器可以确定malloc和free调用实际上并不必要时，将其删除，这正是你在这里所需要的。 - einpoklum

Answer 6

嗯，我真的很喜欢这个解决方案，在这里提供（抱歉，它没有被翻译成英语）：

#define FOR(I,UPPERBND) for(int I = 0; I<int(UPPERBND); ++I)

主要思想是这样描述的：当我们谈论简单的迭代索引循环时，我们不需要去考虑它。然而，当我们使用for(;;)结构时-总是有三个步骤：初始化、结束条件检查、迭代。而对于这样一个简单的循环来说，这是一种过度设计，只需i:[0,n)即可。 我喜欢这个想法，我们希望用简单的方式写简单的东西。当你看到FOR(i,N)时-你只需知道没有什么特别的。当您看到for(;;)结构时-您必须更加小心，并看到它的所有三个部分。 这是那篇文章中的一个例子:

for (int iter=0; iter<nb_iter; iter++) {          // some iterative computation
    for (int c=0; c<mesh.cells.nb(); c++)         // loop through all tetrahedra
        for (int lv0=0; lv0<4; lv0++)             // for every pair of
            for (int lv1 = lv0+1; lv1<4; lv1++)   // vertices in the tet
                for (int d=0; d<3; d++) {         // do stuff for each of 3 dimensions
                    nlRowScaling(weight);
                    nlBegin(NL_ROW);
                    nlCoefficient(mesh.cells.vertex(c, lv0)*3 + d,  1);
                    nlCoefficient(mesh.cells.vertex(c, lv1)*3 + d, -1);
                    nlEnd(NL_ROW);
                }
    [...]
}

成为一个：

FOR(iter, nb_iter) {
    FOR(c, mesh.cells.nb())
        FOR(lv0, 4)
            for (int lv1 = lv0+1; lv1<4; lv1++)
                FOR(d, 3) {
                    nlRowScaling(weight);
                    nlBegin(NL_ROW);
                    nlCoefficient(mesh.cells.vertex(c, lv0)*3 + d,  1);
                    nlCoefficient(mesh.cells.vertex(c, lv1)*3 + d, -1);
                    nlEnd(NL_ROW);
                }
    [...]
}

你看，你应该把注意力集中在哪里。

- pashchenkoromak