std::for_each

std::for_each 对范围 [first, last) 内的每个元素依次调用给定的一元函数对象 f，并按顺序返回该函数对象（C++11 起返回 std::move(f)）。

它是最基础的遍历算法，与手写 for 循环相比的优势在于：可以配合执行策略并行化，并且函数对象的状态会被保留并返回。

1. 引入

#include <algorithm>

2. 原理

for_each 的实现非常直接，等价于：

template<class InputIt, class UnaryFunction>
constexpr UnaryFunction for_each(InputIt first, InputIt last, UnaryFunction f)
{
    for (; first != last; ++first)
        f(*first);
    return f;   // C++11 起为 return std::move(f);
}

• 迭代器要求：InputIterator，只要求单遍扫描能力。
• 复杂度：恰好 \(O(n)\) 次函数调用。
• 返回值：返回传入的函数对象。这一点很有用——如果函数对象内部维护了状态（如计数器、累加器），可以通过返回值取出。

ranges::for_each 额外支持投影（Proj），并且返回 ranges::in_fun_result，同时给出末尾迭代器和函数对象。

3. 用法

(1) 基本用法

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};

    std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int x) {
        std::cout << x << ' ';   // 输出: 1 2 3 4 5
    });
    std::cout << '\n';

    // 修改元素：参数需要取引用
    std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int& x) { x *= 2; });
    // v 变为 {2, 4, 6, 8, 10}
}

(2) 谓词与投影

for_each 接受的是一元可调用对象，本身没有谓词概念。但可以利用返回值的特性，把状态收集出来：

struct Sum {
    int total = 0;
    void operator()(int x) { total += x; }
};

std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
Sum s = std::for_each(v.begin(), v.end(), Sum{});
std::cout << s.total;   // 输出: 15

ranges::for_each 支持投影，可以只对元素的某个成员操作：

struct Person { std::string name; int age; };
std::vector<Person> people{{"Alice", 30}, {"Bob", 25}};

std::ranges::for_each(people, [](int age) { std::cout << age << ' '; },
                      &Person::age);   // 输出: 30 25

(3) 执行策略

for_each 和 for_each_n 是唯一不要求元素可平凡复制的并行算法——即使元素类型有非平凡的构造/析构函数，也可以安全地使用并行策略。

#include <execution>

std::for_each(std::execution::par, v.begin(), v.end(), [](int& x) { x *= 2; });

但要注意：并行执行时调用顺序不确定，且不同线程可能同时访问同一元素，必须自行保证线程安全。

4. 注意事项

• 函数对象按值传递：f 是按值传入的，如果需要修改外部变量，应使用引用捕获的 lambda 或 std::ref。
• 不要修改容器结构：在 for_each 中调用 push_back、erase 等会改变容器大小的操作会导致迭代器失效。
• for_each 不保证顺序（当使用执行策略时）；顺序执行时是严格按顺序的。
• 返回值易被忽略：如果函数对象携带状态，忘记接收返回值就取不到结果。
• 与范围 for 的选择：只是简单遍历时，基于范围的 for 循环更简洁；需要并行或需要取回函数对象状态时才用 for_each。

5. 相关算法

• for_each_n：只处理前 \( N \) 个元素
• transform：遍历的同时把结果写入目标范围
• generate：用函数返回值填充范围
• count / count_if：统计满足条件的元素数量