C++模板概念与基于范围循环（range-based for loop）的陷阱

有些人提到C 模板就会下意识地觉得可怕、看不懂、避而远之。其实模板并不复杂，而且熟练后可以用在日常工作中，可以帮助我们重用代码，让代码更简洁、易读、可维护。

希望这个系列的文章，能够让更多人发现模板的魅力，帮助大家写出更高质量的代码。

什么是模板？

顾名思义，模板就是编译器生成代码用的模子。模板有两类，函数模板和类模板（C 14开始出现了变量模板，不过不在此讨论）。如果想要生成函数代码，则需要用函数模板，如果想要生成类定义，则需要用到类模板。

我们为什么需要模板？

我们有时候会遇到这样的情况：同样的函数，我们要为不同的类型写不同的版本，内容与逻辑都是一摸一样的，只有他们的类型不一样。比如我们写一个max函数，传入两个数字，返回大的数字。

很自然地，两个参数的类型和返回的类型必须是相同的。如果不使用模板，我们需要使用函数重载，为不同的类型写不同的函数：

int max(int a, int b) {
    return a < b ? b: a;
}

float max(float a, float b) {
    return a < b ? b: a;
}

这里我只写了2个函数，实际上short, long, unsigned, double等等类型都需要专门的max函数，结果就是需要写十几个几乎一摸一样的代码。

如果函数功能更复杂一些，函数实现需要更多行，就会出现大量冗余重复的代码，而且不容易维护，很容易出错。这个时候如果我们能够根据特定的模板批量生成一系列代码，将会方便很；为此，我们可以使用C 中的模板。

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。

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

1 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
    }
}

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