C++中可用于范围for循环的抽象类范围初始化器可行性问询

我希望实现一个可用于范围for循环的抽象类范围初始化器，目前仅知晓非抽象类的实现方法，请问以下实现是否可行？其中TestRange类作为迭代器，TestRangeB与TestRangeC拥有不同的内部行为，相关代码示例如下：

#include <array>
#include <iostream>

class A {
public:
    class TestRange {
    public:
        friend bool operator==(const TestRange& lhs, const TestRange& rhs) {
            return lhs.getId() == rhs.getId();
        }
        friend bool operator!=(const TestRange& lhs, const TestRange& rhs) {
            return !(lhs == rhs);
        }
        virtual int operator*() = 0;
        int index = 0;
        virtual int getId() const = 0;
    };
    class TestRangeInitializer {
    public:
        virtual TestRange* begin() = 0;
        int end() { return -1; }
    };
    virtual TestRangeInitializer* getTestRangeInitializer() = 0;
};

class B : public A {
    class TestRangeB : public TestRange {
    public:
        int getId() const override {
            return index < data.size() ? data[index] : -1;
        }
        int operator*() override { return getId(); }
    private:
        std::array<int, 3> data = {1, 3, 5};
    };
    class TestRangeInitializerB : public TestRangeInitializer {
        TestRange* begin() override {
            return new TestRangeB();
        }
    };
    TestRangeInitializer* getTestRangeInitializer() {
        return new TestRangeInitializerB();
    };
};

// Class C : public A;

使用场景代码如下：

int main() {
    A* obj = new B();
    for (int i : obj->getTestRangeInitializer()) {
        std::cout << i << ' ';
    }
}

当前的实现不可行，存在多个核心问题：

• 迭代器类型不匹配：范围for循环要求begin()和end()返回相同类型的迭代器，但你的TestRangeInitializer::begin()返回TestRange*，end()返回int，类型完全不兼容，会直接触发编译错误——operator==无法比较指针和整数类型。
• 迭代器接口缺失：标准范围for循环依赖迭代器支持operator++自增操作，但抽象类TestRange未定义纯虚的自增接口，派生类也没有实现该逻辑，即使编译通过，运行时也无法完成迭代步进。
• 内存泄漏严重：代码中通过new创建的TestRangeInitializerB和TestRangeB对象没有对应的delete操作，动态分配的内存会一直占用至程序结束，属于明确的内存泄漏问题。
• 迭代终点逻辑错误：用getId()返回-1作为迭代终点的判断逻辑存在隐患，如果数据中本身包含-1，会导致循环提前终止；同时指针类型的迭代器应该用“尾后迭代器”而非特殊值来标识终点。

可行的改进方向 #

• 统一迭代器类型：让end()返回TestRange*类型的尾后迭代器，比如定义一个全局空实例或在派生类中实现尾后迭代器逻辑。
• 补全迭代器接口：在抽象类TestRange中添加纯虚的TestRange& operator++()前置自增方法，让派生类实现具体的步进逻辑，满足范围for的迭代要求。
• 替换裸指针为智能指针：用std::unique_ptr或std::shared_ptr管理动态分配的对象，自动释放内存，解决泄漏问题。
• 改用CRTP静态多态：如果不需要完全的运行时多态，可以用奇异递归模板模式（CRTP）实现静态多态，避免抽象类迭代器的复杂度，同时保证类型安全。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Existn't