5、迭代器设计原则和Iterator traits的作用与设计

努力的小带土

已于 2022-05-03 09:56:04 修改

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分类专栏：侯捷老师STL 文章标签：散列表数据结构

于 2022-05-02 20:58:37 首次发布

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本文探讨了迭代器的设计原则，强调了迭代器中五个typedef的重要性和在算法中的应用。同时，解释了Iterator traits的作用，它允许算法通过迭代器获取容器属性，尤其在面对iterator可能是class或native pointer的情况。通过示例展示了iterator::traits如何从不同类型迭代器中提取信息，以确定value_type等关键属性，避免在const环境下无效的变量声明。

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迭代器的设计原则

在上一节4、list深度探索_努力的小带土的博客-优快云博客讲解list的时候，观察仔细的小伙伴一定注意到了，下面代码中五个typedef是迭代器中必不可少的组成部分。

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator{
	//所有的迭代器都要有这5个typedef
	typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category;//(1)
	typedef T value_type;//(2)
	typedef Ptr pointer;//(3)
	typedef Ref reference;//(4)
	typedef ptrdiff_t difference_type;//(5)
 .......
}

那么它们到底起到什么作用呢？作用即是回答程序算法的疑惑。在算法程序中，往往都少不了对所调用容器进行属性详解，那么程序是如何知道你所调用容器是什么属性呢？就是通过上述迭代器中的五个typedef，那么算法是怎么使用它们的呢？看下述代码你便知晓。

template<calss I,class I>
inline void algorithm(I first,I last)
{
....
I::iterator_category;
I::value_type;//(2)
I::pointer;//(3)
I::reference;//(4)
I::difference_type;//(5)
}

上述代码，通过直接调用迭代器中的type来获取容器中的相关信息。

Iterator traits的作用与设计

首先我们来看一段程序图：

当我们调用算法rotate函数时，涉及到三个迭代器属性，在图片中已经标出。

那么算法提问和迭代器的回答既然能够直接查看引用，为什么要使用iterator::traits呢？原因是，若iterator不是class则没法在内部typedef。例如它是native pointer，这个时候便需要设计iterator::traits。这个traits必须有能力分辨所获得iterator是(1) iterator class T还是（2）native pointer to T。

通过下例代码，来告诉大家iterator::traits是如何提取信息的：

/*算法***/
template <typename I>
inline void algorithm(...)
{
    typename iterator_traits<RandomAcessIterator>::value_type v1;
    ......
}
/*iterator::traits的偏具体化**/


/*1、如果I是class Iterator则进入此***/
template<typename I>
struct iterator_traits
{
    typedef typename I::value_type value_type;
}

/*2、指针偏具体化**/
template<typename T>
struct iterator_traits<T*>
{
    typedef T value_type;
}
/*3、第三个const 指针偏具体化**/
template<typename T>
struct iterator_traits<const T*>
{
    typedef T value_type; // 注意此处是T而不是const T
}

通过类型T来进入1,2,3三种偏特化函数中。至于第三个偏特化函数，导入const T* 为什么最终不是typedef const T value_type 而是typedef T value_type，原因在于value_type的主要目的是用于申明变量，而申明一个没有办法被赋值的变量是没有意义的所以value_type不应该加上const T 。

其他四个问题(四个属性)的完整回答如下图所示：