用range for 改变字符串中的字符，为啥循环变量一定要用引用形式

用range for 改变字符串中的字符，为什么循环变量一定要用引用形式？
C++ Primer 上给的例题是这样，目的是把字符串中的字母都变成大写输出：

string s("Hello World!!!");

for (auto &c : s)

    c = toupper(c);

cout << s << endl;

输出结果：


但为什么一定要用引用形式，为什么不能这样：

#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;


int main()

{

  string s("Hello World!");

  for (auto c : s)

     cout << toupper(c);

  return 0;

}

编译后运行的结果是：

输出的结果是各个字母的数字值。
H  e  l  l  o     W  o  r  l  d  !
72 69 76 76 79 32 87 79 82 76 68 33

或者把原码改成这样：

#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;


int main()

{

  string s("Hello World!");

  for (auto c : s)

     c = toupper(c);

  cout << s << endl;

  return 0;

}

编译运行输出原字符串，根本没有变大写：


我不理解，引用是用另一个名字来操作变量，用变量本来的名字也可以操作变量啊，为什么在这里就不行呢？怎么解释后两次输出的结果呢？



------解决方案--------------------
先说第三种情况，你是依次把字符串s中的每个字符复制一个，并把复制得到的副本变成了大写，但你选择输出的是原来的字符串s，当然还是小写。
第二种情况，由于 C++ 是继承于 C 语言的原因，char 还是可以被当作 int 使用的，明显你这里的 auto 把类型推导成了整型。
------解决方案--------------------
auto c 推导为 char 无异议。但是 toupper 的返回值是 int 类型，cout << toupper 的时候，调用 operator<<(int) 的重载，所以当整形输出了。c=toupper; cout<<c; 的时候，因为 c 是 char，所以从 toupper 的返回类型 (int) 经类型转换又变回 char 了，后面仍然调用 operator<<(char) 的重载。