Range-for-loops 和 std::vector<bool>

Question

为什么这段代码有效

std::vector<int> intVector(10);
for(auto& i : intVector)
    std::cout << i;

这不是吗？

std::vector<bool> boolVector(10);
for(auto& i : boolVector)
    std::cout << i;

在后一种情况下，我收到错误

错误：从“std::_Bit_iterator::reference {aka std::_Bit_reference}”类型的右值对“std::_Bit_reference&”类型的非常量引用进行无效初始化

for(auto& i : boolVector)

Answer 1

因为

std::vector<bool>

不是容器！

std::vector<T>

的迭代器通常会取消引用

T&

，您可以将其绑定到您自己的

auto&

。

然而，

std::vector<bool>

将其

bool

打包在整数内，因此您需要一个代理在访问它们时进行位屏蔽。因此，它的迭代器返回一个

Proxy

。
由于返回的

Proxy

是纯右值（临时值），因此它无法绑定到左值引用，例如

auto&

。

解决方案：使用

auto&&

，如果给定一个左值引用，它将正确折叠为左值引用，或者如果给定代理，则绑定并保持临时活动。

Answer 2

std::vector<bool>

不遵守标准集装箱规则。

特别是，它的迭代器

operator*

不会返回

bool&

。

无效代码中的循环

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
  std::vector<bool> boolVector(10);
  for (auto& i: boolVector)
      std::cout << i;
}

可以通过三种方式中的任何一种重写来迭代值：

1. （只读）

    for (auto const i: boolVector)
        std::cout << i;
   

2. （只读，可能效率低下）

    for (auto const& i: boolVector)  
        std::cout << i;
   

3. （读/写²）

    for (auto&& i: boolVector)
        std::cout << i;
   

第一个和最后一个之间的选择取决于您是否需要修改向量中的值，或者只是读取它们。

---

备注：

1. 我说“可能效率低下”，因为它有不必要的间接级别。任何像样的优化器都应该创建与第一个示例相同的代码。

2. for (auto i: boolVector)

   还提供了向量上的 读/写视图（因为我们已经制作了 代理对象的副本）。但我不建议这样做，因为读者可能会期望此类写入仅具有局部效果，就像标准容器一样。

   这就是为什么我将

   auto const i

   用于只读情况；或者，我们可以使用

   boolVector | std::views::as_const

   (C++23 起) 或使用向量的 const 引用 (

   for (auto const& v = boolVector; auto i: v)

   ) 来获得 const 代理。

Answer 3

vector<bool>

（通常）明确专门用于将每个

bool

存储在单个位中，从而将存储成本从每个值一个字节减少到每八个值一个字节。我所知道的临时处理器中没有一个是位可寻址的，因此不可能存储对

vector<bool>

中的值的引用。您需要使用普通的

auto

，而不是

auto&

作为迭代值

i

。