为什么 std::for_each + lambda 没有按预期工作？

Question

这是C++ Primer 5th Edition中的一个练习：

练习 14.7：为你定义一个输出运算符 String 类你 为第 13.5 节（第 531 页）中的练习而写。（第 558 页）

我为之前的练习写的string.h：

/**
 * @brief std::string like class without template
 *
 *        design:
 *
 *        [0][1][2][3][unconstructed chars][unallocated memory]
 *        ^           ^                    ^
 *        elements    first_free           cap
 */
class String
{
    friend  std::ostream& operator <<(std::ostream& os, const String& s);

public:
    //! default constructor
    String();

    //! constructor taking C-style string i.e. a char array terminated with'\0'.
    explicit String(const char * const c);

    //! copy constructor
    explicit String(const String& s);

    //! move constructor    --07.Jan.2014
    String(String&& s) noexcept;

    //! operator =
    String& operator = (const String& rhs);

    //! move operator =     --07.Jan.2014
    String& operator = (String&& rhs) noexcept;

    //! destructor
    ~String();

    //! members
    char* begin() const  { return elements;   }
    char* end()   const  { return first_free; }

    std::size_t size()     const {return first_free - elements;  }
    std::size_t capacity() const {return cap - elements;         }

private:

    //! data members
    char* elements;
    char* first_free;
    char* cap;

    std::allocator<char> alloc;

    //! utillities for big 3
    void free();    
};

std::ostream&
operator << (std::ostream& os, const String& s);

部分string.cpp：

//! constructor taking C-style string i.e. a char array terminated with'\0'.
String::String(const char *  const c)
{
    auto p = c;
    char* newData = alloc.allocate(sizeof(p));

    std::uninitialized_copy(p, (p + sizeof(p)), newData);

    //! build the data structure
    elements = newData;
    cap = first_free = newData + sizeof(c);
}

std::ostream &operator <<(std::ostream &os, const String &s)
{
    std::for_each(&s.elements, &s.first_free, [&](const char* p){
        os << *p;
    });

    return os;
}

main.cpp:

#include "string.h"
#include <iostream>
int main()
{
    String s("1234");
    std::cout << s <<"\n";
    return 0;
}

输出：

1 
Press <RETURN> to close this window...

为什么输出是这样的？为什么不1234？

Answer 1

可能因为elements指向char的数组，所以每个元素都是char，而不是char*。

您还需要将& 放在s.elements 和s.first_free 前面，因为您感兴趣的是指针指向的地址，而不是指针本身的地址。

所以，这段代码可以工作：

std::for_each(s.elements, s.first_free, [&](char p){
    os << p;
});

正如 @TemplateRex 在 cmets 中所提到的，使用 begin() 和 end() 成员函数会更简洁、更惯用：

std::for_each(s.begin(), s.end(), [&](char p){ os << p; });

Answer 2

sizeof(pointer) 其中pointer 是char const* 不返回数组的长度。你多次犯这个错误。请改用strlen。这是隐藏的，因为您的字符串长度为 4 个字符，而在 32 位系统上 sizeof(ptr) 为 4。

下一个&first_free 和for_each 中类似的应该只是first_free。

接下来你的 lambda 应该采用 char 而不是 char*s。那么输出应该是<< p 而不是<< *p。

您应该同时创建const 和非const begin 和end。 const 返回char const *，而非const 返回char*——逻辑上拥有其基础数据的容器应该使用const 这样的方式进行迭代。

接下来替换您的for_eaxh 以使用begin() 和end() 就像for_each( x.begin(), x.end(), ... - 无需重做begin 和end 所做的事情。在 C++11 中，您甚至可以使用基于范围的 for：

for(char c : s ) {
  std::cout << c
}

而不是for_each。