C++基于范围循环（range-based for loop）的陷阱

C++的基于范围的循环是C++11出现的新特性，很方便，一定程度上替代了使用迭代器的for循环用法。不过基于范围的for循环有一个隐藏的陷阱，如果不注意可能会出现严重的内存错误。

举例说明

看下面这个代码：

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 struct MyClass
 7 {
 8     string text = "MyClass";
 9 
10     string& getText()
11     {
12         return text;
13     }
14 };
15 
16 int main()
17 {
18     for (auto ch : MyClass().text)
19     {
20         cout << ch;
21     }
22     cout << endl;
23 }

这个代码很简单，输出结果就是 "MyClass"。但如果稍微修改第18行，改为以下的样子：

    for (auto ch : MyClass().getText())
    {
        cout << ch;
    }

结果什么都不会输出，程序直接退出。要理解为什么会出现这种行为，要先知道基于范围的for循环是怎么定义的。

基于范围的for循环定义

在C++11标准中，它有以下的格式

attr(optional) for ( range_declaration : range_expression ) loop_statement		

其中attr是可选的，range_declaration部分相当于我们代码中的 "auto ch"，range_expression部分相当于 "MyClass().getText()"，loop_statement就是 "{ cout << ch; }"

标准规定，上面的循环表达式应当等价于

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

其中begin_expr和end_expr由range_expression的类型来决定。

这里面值得注意的是，第一行声明的__range类型是 "auto &&"，所以如果range_expression是右值的临时对象，则__range可以延长range_expression的生存期。

问题分析

看了给予范围的for循环的定义之后，前面例子中的问题出现的原因就很清楚了。

原始的例子中，range_expression是 "MyClass().text"，MyClass()是临时对象，同时 "MyClass()" 这个表达式是右值。所以，"MyClass().text" 这个表达式也是右值，"MyClass().text" 这个对象是临时对象中的一部分。所以，在 "auto && __range = range_expression;" 这个语句中，auto会被推导为 "std::string"。初始化右值引用为临时对象的一部分时，可以延长整个临时对象的生存期，在引用被销毁时临时对象才会被销毁。所以for循环可以正常执行。

但是在修改过后，range_expression是 "MyClass().getText()"。同样地，MyClass()是临时对象，"MyClass()" 这个表达式是右值。但是 "getText()" 的返回类型为 "string&"，所以，"MyClass().getText()" 这个表达式是左值。所以，在 "auto && __range = range_expression;" 这个语句中，auto会被推导为 "string &"，语句等价于 "string & __range = range_expression;" 。虽然"MyClass().getText()" 这个对象是临时对象中的一部分，但是在初始化非const的左值引用时，不会延长临时对象的生存期，所以在这个初始化语句结束的同时MyClass()这个临时对象就被销毁了，__range成为了野引用，所以后面的循环语句可能会出现内存错误。

总结

基于范围的for循环非常方便，甚至可以遍历临时对象，在日常中也经常使用到。但是要注意的是，如果要遍历临时对象的话，需要遍历的临时对象必须是右值表达式，而且也要注意表达式中间产生的其他临时对象是在循环开始前就会被销毁的，只有表达式返回的最后的临时对象才会被“存”起来。