C++ iterator

  迭代器(iterator)是一中检查容器内元素并遍历元素的数据类型。
(1) 每种容器类型都定义了自己的迭代器类型,如vector:
vector<int>::iterator iter;这条语句定义了一个名为iter的变量,它的数据类型是由vector<int>定义的iterator类型。
(2) 使用迭代器读取vector中的每一个元素:
vector<int> ivec(10,1);
for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)
{
*iter=2; //使用 * 访问迭代器所指向的元素
}
const_iterator:
只能读取容器中的元素,而不能修改。
for(vector<int>::const_iterator citer=ivec.begin();citer!=ivec.end();citer++)
{
cout<<*citer;
//*citer=3; error
}
vector<int>::const_iterator 和 const vector<int>::iterator的区别
const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
*newiter=11; //可以修改指向容器的元素
//newiter++; //迭代器本身不能被修改 
(3) iterator的算术操作:
iterator除了进行++,--操作,可以将iter+n,iter-n赋给一个新的iteraor对象。还可以使用一个iterator减去另外一个iterator.
const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
vector<int>::iterator newiter2=ivec.end();
cout<<"\n"<<newiter2-newiter; 
一個很典型使用vector的STL程式:
1 #include <vector>
2 #include <iostream>

4 using namespace std;

6 int main() {
7 vector<int> ivec;
8 ivec.push_back(1);
9 ivec.push_back(2);
10 ivec.push_back(3);
11 ivec.push_back(4);
12 
13 for(vector<int>::iterator iter = ivec.begin();1. iter != ivec.end(); ++iter)
14 cout << *iter << endl;

15 }


迭代器可以很好的兼容C++的内置类型,特别是常见的C++指针被视为C++数组的迭代器。当然,在标准的C++库中所有的容器都定义了一个迭代器类型,即嵌套类型的迭代器,代表各自的指针类型。

迭代器Iterator的分类:

迭代器可以分为不同的种类,这是因为他们使用不同的算法、不同的要求附加在其身上。例如,find()算法需要一个可以递增的迭代器,而reverse()算法需要一个可以递减的迭代器等。总之,在STL和C++标准库中有5种迭代器。

  1. 输入迭代器(Input Iterator):只能向前单步迭代元素,不允许修改由该迭代器所引用的元素;
  2. 输出迭代器(Output Iterator):只能向前单步迭代元素,对由该迭代器所引用的元素只有写权限;
  3. 向前迭代器(Forward Iterator):该迭代器可以在一个区间中进行读写操作,它拥有输入迭代器的所有特性和输出迭代器的部分特性,以及向前单步迭代元素的能力;
  4. 双向迭代器(Bidirectional Iterator):在向前迭代器的基础上增加了向后单步迭代元素的能力;
  5. 随机访问迭代器(Random Access Iterator):不仅综合以后4种迭代器的所有功能,还可以像指针那样进行算术计算;

vector、deque提供的是随机访问迭代器,list提供的是双向迭代器,set和map提供的是向前迭代器。


C++中,迭代器iterator)是用于访问容器(container)内部元素的一种抽象机制。它为遍历和操作容器中的数据提供了统一的接口,并且与算法库紧密结合,使得标准算法可以独立于容器类型而工作[^1]。 ### 迭代器的基本分类 C++标准库定义了五种主要的迭代器类别,它们的功能由弱到强依次递增: - **输入迭代器(Input Iterator)**:支持单次遍历,只能读取一次数据。 - **输出迭代器(Output Iterator)**:允许写入数据,但不能读取。 - **前向迭代器(Forward Iterator)**:支持多次读写,可以多次遍历。 - **双向迭代器(Bidirectional Iterator)**:除了支持前向操作外,还可以反向移动。 - **随机访问迭代器(Random Access Iterator)**:支持指针算术运算,如加减整数、比较等。 例如,`std::vector<T>`提供随机访问迭代器,而`std::list<T>`则使用双向迭代器。 ### 常见的迭代器用法 #### 遍历容器 ```cpp #include <iostream> #include <vector> int main() { std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5}; for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; } std::cout << std::endl; } ``` #### 使用范围 `for` 循环(C++11 及以上) 虽然这不是直接使用迭代器,但底层实现依赖于迭代器: ```cpp for (const auto& value : vec) { std::cout << value << " "; } ``` #### 标准算法配合迭代器 ```cpp #include <algorithm> std::sort(vec.begin(), vec.end()); ``` ### 迭代器失效问题 某些容器操作可能会使迭代器失效,比如: - 向`std::vector<T>`或`std::string`中插入或删除元素可能导致重新分配内存,从而使所有迭代器失效。 - 在`std::map<K,V>`或`std::set<T>`中插入元素不会导致其他迭代器失效,但删除可能影响指向被删元素的迭代器。 因此,在进行插入或删除操作时应特别小心,确保不使用已失效的迭代器。 ### 自定义迭代器实现 要创建一个自定义的迭代器,通常需要满足以下条件: 1. 定义迭代器的类型特征,如`value_type`、`difference_type`、`pointer`、`reference`、`iterator_category`。 2. 实现基本操作,包括构造函数、解引用(`operator*()`)、箭头操作符(`operator->()`)、前置和后置自增(`operator++()`)、比较操作符(`operator==` 和 `operator!=`)等。 示例代码如下: ```cpp template<typename T> class MyIterator { public: using iterator_category = std::forward_iterator_tag; using value_type = T; using difference_type = std::ptrdiff_t; using pointer = T*; using reference = T&; MyIterator(pointer ptr) : m_ptr(ptr) {} reference operator*() const { return *m_ptr; } pointer operator->() const { return m_ptr; } MyIterator& operator++() { m_ptr++; return *this; } MyIterator operator++(int) { MyIterator tmp = *this; ++(*this); return tmp; } bool operator==(const MyIterator& other) const { return m_ptr == other.m_ptr; } bool operator!=(const MyIterator& other) const { return !(*this == other); } private: pointer m_ptr; }; ``` ### 使用场景与注意事项 - **性能优化**:选择合适的迭代器类型可以提高程序效率,例如随机访问迭代器支持快速跳跃查找。 - **泛型编程**:通过模板函数接受迭代器作为参数,可以编写适用于多种容器类型的通用代码。 - **异常安全**:在涉及异常处理的上下文中使用迭代器时,需注意资源管理和状态一致性。 总之,理解并熟练掌握C++迭代器的使用和实现细节对于开发高效、可维护的程序至关重要。 ---
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