C++ STL 迭代器用法总结

最近写东西用到了unordered_map容器，然后想要逆向遍历一遍哈希表，结果报错。研究了一下发现STL中不同容器对应的迭代器有很大的区别。关于迭代器，之前一贯粗浅地按指针来理解了，借此机会详细总结一下。

1. 迭代器说明

迭代器的作用是介于容器和算法之间，迭代器大致分为5类：随机访问迭代器，单向迭代器，双向迭代器，输入迭代器，输出迭代器。其中主要使用的，也是最重要的是前三种。

随机访问迭代器：支持通过偏移量访问，比如it+5。

单向迭代器：一般都是正向，仅支持++操作，不支持—操作，不支持偏移量访问。

双向迭代器：支持++、--操作，不支持偏移量访问。

还有一点需要注意的是，随机访问迭代器支持>，<等符号的比较，但单向和双向迭代器只能通过==，！=来进行比较。

2. 迭代器与容器的关系

在STL中，不同的容器采用了不同的迭代器，这和容器的实现有关，也有容器不支持迭代器。有些迭代器类型可从容器的性质简单分析出，比如vector容器是一种顺序存储的容器，能通过偏移量迅速访问是这种顺序结构的特点，所以vector自然采用的就是随机访问迭代器。下面是常用容器对应的迭代器类型。

容器	迭代器类型
vector	随机访问
deque	随机访问
unordered_map	单向
list	双向
set	双向
map	双向
stack	不支持
queue	不支持
priority_queue	不支持

3. 迭代器功能及代码演示

迭代器的实现也是模板化的，不同的迭代器可以实现不同的成员方法。常见的成员方法有：

begin()	返回指向容器中第一个元素的迭代器
end()	返回指向容器中最后一个元素后一个位置的迭代器
cbegin()	功能同begin()，增加 const 属性，不能通过返回的迭代器修改指向的内容
cend()	功能同end()，增加 const 属性，不能通过返回的迭代器修改指向的内容
rbegin()	返回指向最后一个元素的迭代器
rend()	回指向第一个元素所在位置前一个位置的迭代器

代码演示首先以vector容器为例，通过遍历打印，演示了随机访问迭代器可以通过<号和!=号进行比较，并同时具备begin(),rbegin()这样正向和逆向迭代器功能。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <unordered_map>

void testVector()
{
    vector<int> vector1;
    for(int i=0; i<3; i++)
        vector1.insert(vector1.end(),i);
    
    // 通过<对迭代器进行比较
    for(auto it=vector1.begin(); it<vector1.end();++it)
        cout << *it << " "; // 对迭代器解引用，就是迭代器指向的内容
    cout << endl;

    // 通过！=对迭代器进行比较
    for(auto it=vector1.begin(); it!=vector1.end();++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;

    // 逆向遍历vector
    for(auto it=vector1.rbegin(); it!=vector1.rend();++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;

}

int main()
{
    testVector();
    //testUnordered_map();
    return 0;
}

下面在用一个稍微特殊一点的容器，unordered_map。这种容器的迭代器是单向的，所以在进行比较的时候不能用“<”或者“>”,而只能用“==”或者“！=”。并且单向的迭代器是不能进行逆向操作的，所以“--”符号，以及rbegin()和rend()都是不能使用的。

void testUnordered_map()
{
    unordered_map<char, int> umap1;
    umap1.insert(pair<char, int>('a',1));
    umap1.insert(pair<char, int>('b',2));
    umap1.insert(pair<char, int>('c',3));
    
    for(auto it=umap1.begin(); it!=umap1.end(); ++it)
        cout << it->first << " " << it->second << endl;
    cout << endl;

    //这种写法是不对的！！！，不能通过"<"进行比较
    for(auto it=umap1.begin(); it<umap1.end(); ++it)
        cout << it->first << " " << it->second << endl;
    cout << endl;
}

int main()
{
    //testVector();
    testUnordered_map();
    return 0;
}

上面的输出结果为

c 3
a 1
b 2

这里非常有意思的点是，虽然遍历了整个unordered_map，但是打印的顺序和我们想的不太一样。其实，需要理解unordered_map，或者说哈希表最突出的特点就是能快速进行键和值的对应，而输入的顺序是否是其存储的顺序是不确定的。这里unordered_map的存储顺序就是无法确定的，这也成为了其迭代器不能够进行简单的逆向"--"操作，和比较"<"或">"的一个解释。

4. 关于++it和it++

上面的代码中，对于迭代器，基本上都用了前置++，而不是后置++。这是有效率方面的考量的。关于前置++和后置++的详细区别，我需整理一下，在这里https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41232202/article/details/119517628

这里简单说一下理由，对于迭代器的++操作，涉及到++的重载，而后置++的重载中会生成额外的局部对象。所以后置++的效率会比前置++的低。