C++ STL——迭代器

迭代器

　　无论是序列容器还是关联容器，最常做的操作无疑是遍历容器中存储的元素，而实现此操作，多数情况会选用“迭代器（iterator）”来实现。
　　我们知道，尽管不同容器的内部结构各异，但它们本质上都是用来存储大量数据的，换句话说，都是一串能存储多个数据的存储单元。因此，诸如数据的排序、查找、求和等需要对数据进行遍历的操作方法应该是类似的。
　　既然类似，完全可以利用泛型技术，将它们设计成适用所有容器的通用算法，从而将容器和算法分离开。但实现此目的需要有一个类似中介的装置，它除了要具有对容器进行遍历读写数据的能力之外，还要能对外隐藏容器的内部差异，从而以统一的界面向算法传送数据。
　　这是泛型思维发展的必然结果，于是迭代器就产生了。简单来讲，迭代器和 C++ 的指针非常类似，它可以是需要的任意类型，通过迭代器可以指向容器中的某个元素，如果需要，还可以对该元素进行读/写操作。　　

　　STL 标准库为每一种标准容器定义了一种迭代器类型，这意味着，不同容器的迭代器也不同，其功能强弱也有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。
　　常用的迭代器按功能强弱分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器 5 种。这里主要介绍前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器这 3 种迭代器。
　　输入迭代器和输出迭代器比较特殊，它们不是把数组或容器当做操作对象，而是把输入流/输出流作为操作对象。
　　1) 前向（正向）迭代器（forward iterator）
　　假设p是一个前向迭代器，则p支持++p，p++，*p操作，还可以被复制或赋值，可以用==和!=运算符进行比较。此外，两个前向迭代器可以互相赋值。
　　2) 双向迭代器（bidirectional iterator）
　　双向迭代器具有前向迭代器的全部功能，除此之外，假设p是一个双向迭代器，则还可以进行–p或者p–操作（即一次向后移动一个位置）。
　　3) 随机访问迭代器（random access iterator）
　　随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。除此之外，假设p是一个随机访问迭代器，i是一个整型变量或常量，则p还支持以下操作：
　　　　p+=i：使得p往后移动i个元素。
　　　　p-=i：使得p往前移动i个元素。
　　　　p+i：返回p后面第i个元素的迭代器。
　　　　p-i：返回p前面第i个元素的迭代器。
　　　　p[i]：返回p后面第i个元素的引用。
　　此外，两个随机访问迭代器p1、p2还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。另外，表达式p2-p1也是有定义的，其返回值表示p2所指向元素和p1所指向元素的序号之差（也可以说是p2和p1之间的元素个数减一）。

　　 注意，容器适配器stack和queue没有迭代器，它们包含有一些成员函数，可以用来对元素进行访问。

　　 值得一提的是，表 2 中的反向迭代器全称为 “反向迭代器适配器”。
　　 通过定义以上几种迭代器，就可以读取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。其中，常量迭代器和非常量迭代器的分别在于，通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。
　　 反向迭代器和正向迭代器的区别在于：对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；而对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。
　　 注意，以上4种定义迭代器的方式，并不是每个容器都适用。有一部分容器同时支持以上 4 种方式，比如 array、deque、vector；而有些容器只支持其中部分的定义方式，例如 forward_list 容器只支持定义正向迭代器，不支持定义反向迭代器。可以通过 C++ STL标准手册，查询具体容器迭代器支持的定义方式。

　　例1：vector 支持随机访问迭代器，因此遍历 vector 容器有以下几种方法：

//遍历 vector 容器

#include <iostream>
#include <vector>//需要引入 vector 头文件
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 }; //v被初始化成有10个元素

	cout << "第一种遍历方法：" << endl;
	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " "; //像普通数组一样使用vector容器
		
	vector<int>::iterator i;//创建一个正向迭代器，vector也支持其他 3 种定义迭代器的方式
	
	cout << endl << "第二种遍历方法：" << endl;
	for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i)//用 != 比较两个迭代器
		cout << *i << " ";

	cout << endl << "第三种遍历方法：" << endl;
	for (i = v.begin(); i < v.end(); ++i) //用 < 比较两个迭代器
		cout << *i << " ";

	cout << endl << "第四种遍历方法：" << endl;
	i = v.begin();
	while (i < v.end()) { //间隔一个输出
		cout << *i << " ";
		i += 2; // 随机访问迭代器支持 "+= 整数"  的操作
	}
}

　　例2：list 容器的迭代器是双向迭代器，遍历 list 容器可使用以下方法：

//遍历 list 容器

#include <iostream>
#include <list>//需要引入 list 头文件
using namespace std;

int main()
{
	list<int> li;
	
	list<int>::const_iterator i;//创建一个常量正向迭代器，同样，list也支持其他三种定义迭代器的方式。
	for (i = li.begin(); i != li.end(); ++i)//代码合法
		cout << *i;

	for (i = li.begin(); i < li.end(); ++i)//代码不合法，因为双向迭代器不支持用“<”进行比较
		cout << *i;
	
	for (int i = 0; i < li.size(); ++i)//代码不合法，因为双向迭代器不支持用下标随机访问元素
		cout << li[i];
}

　　其实在 C++ 中，数组也是容器。数组的迭代器就是指针，而且是随机访问迭代器。例如，对于数组 int a[10]，int * 类型的指针就是其迭代器。则 a、a+1、a+2 都是 a 的迭代器。