C++ 自定义迭代器

本文介绍如何在C++中自定义迭代器,以遍历数值类型的序列。通过Numeric_Range模板类,我们可以创建指定范围的迭代器,支持开始和结束迭代器的获取。迭代器实现包括解引用、自增以及比较操作,确保符合STL迭代器规范。示例展示了如何使用这些迭代器进行元素复制和输出,验证了其在不同数值类型上的有效应用。

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让我们在示例中看一个简单迭代器类型的定义。我们定义一个类模板,用来表示一段数值类型值,也可以生成指定范围的开始和结束迭代器。这个迭代器也是模板类型,两个模板都定义在同一个头文件 Numeric_Range.h 中。下面是 Numeric_Range<T> 模板的定义:

template <typename T> class Numeric_Iterator;    // Template type declaration
// Defines a numeric range
template<typename T>
class Numeric_Range
{
    static_assert(std::is_integral<T>::value || std::is_floating_point<T>::value,
                                 "Numeric_Range type argument must be numeric.");
    friend class Numeric_Iterator < T >;
protected:
    T start;                                       // First value in the range
    T step;                                        // Increment between successive values
    size_t count;                                  // Number of values in the range
public:
    Numeric_Range(T first=0, T incr=1, size_t n=2) : start {first}, step {incr}, count {n}{}
    // Return the begin iterator for the range
    Numeric_Iterator<T> begin(){ return Numeric_Iterator<T>(*this); }
    // Return the end iterator for the range
    Numeric_Iterator<T> end()
    {
        Numeric_Iterator<T> end_iter(*this);
        end_iter.value = start + count*step;          // End iterator value is one step over the last
        return end_iter;
    }
};

类型参数 T 是序列的值类型,因此它必定是数值类型。对于模

### 创建或使用自定义迭代器的实现方法 #### C++ 中的自定义迭代器实现 在 C++ 中,可以通过继承 `std::iterator` 或者更现代的方式通过继承 `boost::iterator_facade` 来创建自定义迭代器。这种方式允许开发者灵活地控制迭代行为并支持 STL 风格的操作。 以下是基于 Boost 库的一个简单例子,展示如何构建一个随机访问类型的迭代器: ```cpp #include <boost/iterator/iterator_facade.hpp> #include <vector> class MyIterator : public boost::iterator_facade< MyIterator, int, boost::random_access_traversal_tag> { private: std::vector<int>::const_iterator current; public: explicit MyIterator(std::vector<int>::const_iterator it) : current(it) {} private: friend class boost::iterator_core_access; reference dereference() const { return *current; } bool equal(MyIterator const& other) const { return current == other.current; } void increment() { ++current; } void decrement() { --current; } difference_type distance_to(MyIterator const& other) const { return std::distance(current, other.current); } void advance(difference_type n) { std::advance(current, n); } }; ``` 上述代码展示了如何利用 `boost::iterator_facade` 构建一个简单的随机访问迭代器[^2]。该迭代器封装了底层容器(这里是 `std::vector<int>` 的常量迭代器),并通过重载必要的操作符来满足 STL 要求。 --- #### Python 中的自定义迭代器实现 在 Python 中,自定义迭代器通常涉及实现两个特殊方法:`__iter__()` 和 `__next__()`。如果希望支持切片或其他复杂功能,则还需要额外重载其他方法,比如 `__getitem__()` 和 `__len__()`。 下面是一个示例,演示如何为一个简单的数据结构创建迭代器: ```python class MyCustomContainer: def __init__(self, data): self.data = data self.index = 0 def __iter__(self): # 返回迭代器对象本身 return self def __next__(self): # 定义每次调用 next() 方法的行为 if self.index >= len(self.data): raise StopIteration # 停止迭代条件 value = self.data[self.index] self.index += 1 return value container = MyCustomContainer([1, 2, 3]) for item in container: print(item) ``` 此代码片段实现了基本的迭代逻辑,并能够用于循环语句中。对于更加复杂的场景,还可以扩展此类以支持索引访问和其他特性[^4]。 --- #### 关键技术点总结 无论是 C++ 还是 Python,在设计自定义迭代器时都需要考虑以下几个方面: - **接口一致性**:确保遵循目标语言的标准协议(如 C++ 的 STL 协议或 Python 的迭代器协议)。 - **性能优化**:针对特定需求调整内部存储机制和算法效率。 - **灵活性增强**:提供多种遍历模式的支持(前向、双向或者随机访问)[^1]。 ---
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