STL迭代器

编程与经验 c++

迭代器
迭代器的分类
1. 定义分类
2. 功能分类
迭代器的辅助函数
正逆向迭代器的使用举例
随机访问迭代器和双向迭代器使用举例
迭代器辅助函数的使用举例

迭代器

要访问顺序容器和关联容器中的元素，需要通过“迭代器（iterator）”进行。迭代器是一个变量，相当于容器和操纵容器的算法之间的中介。迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以读写它指向的元素。从这一点上看，迭代器和指针类似。

迭代器的分类

定义分类

迭代器按定义分类，可以分为如下几类：

正向迭代器

1	容器类名::iterator 迭代器名;

常量正向迭代器

1	容器类名::const_iterator 迭代器名;

反向迭代器

1	容器类名::reverse_iterator 迭代器名;

常量反向迭代器

1	容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;

功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。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。例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

常用的迭代器按功能强弱分为输入、输出、正向、双向、随机访问五种，这里只介绍常用的三种。

正向迭代器

假设 p 是一个正向迭代器，则 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，两个正向迭代器可以互相赋值，还可以用==和!=运算符进行比较

双向迭代器

双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一个双向迭代器，则–p和p–都是有定义的。–p使得 p 朝和++p相反的方向移动

随机访问迭代器

随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 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

两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 \<、>、\<=、>= 运算符进行比较。p1\<p2的含义是：p1 经过若干次（至少一次）++操作后，就会等于 p2。其他比较方式的含义与此类似。

对于两个随机访问迭代器 p1、p2，表达式p2-p1也是有定义的，其返回值是 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）。

如下为不同容器迭代器的功能。

容器	迭代器功能
vector	随机访问
deque	随机访问
list	双向
set/mutiset	双向
map/mutimap	双向
stack	不支持迭代器
queue	不支持迭代器
priority_queue	不支持迭代器

迭代器的辅助函数

STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板，它们是：

advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素

distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环

iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值

正逆向迭代器的使用举例

通过迭代器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。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。

迭代器都可以进行++操作。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

如下为使用举例：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;
    for (int n = 0; n<5; ++n)
        v.push_back(n);
    vector<int>::iterator i;
    for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i) {
        cout << *i << " ";
        *i *= 2;
    }
    cout << endl;
    
    for (vector<int>::reverse_iterator j = v.rbegin(); j != v.rend(); ++j)
        cout << *j << " ";
    return 0;
}

程序输出：

1 2	0 1 2 3 4 8 6 4 2 0

第 6行，vector容器有多个构造函数，如果用无参构造函数初始化，则容器一开始是空的。
第10行，begin成员函数返回指向容器中第一个元素的迭代器。++i使得i指向容器中的下一个元素。end成员函数返回的不是指向最后一个元素的迭代器而是指向最后一个元素后面的位置的迭代器，因此循环的终止条件是i != v.end()
第16行，定义了反向迭代器用以遍历容器。反向迭代器进行++操作后，会指向容器中的上一个元素。rbegin成员函数返回指向容器中最后一个元素的迭代器，rend成员函数返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器，因此本循环实际上是从后往前遍历整个数组。

如果迭代器指向了容器中最后一个元素的后面或第一个元素的前面，再通过该迭代器访问元素，就有可能导致程序崩溃，这和访问 NULL 或未初始化的指针指向的地方类似。

第10行和第16行，写++i、++j相比于写i++、j++，程序的执行速度更快。比如++被重载成前置和后置运算符的例子如下：

CDemo CDemo::operator++ ()
{  //前置++
    ++n;
    return *this;
}
CDemo CDemo::operator ++(int k)
{  //后置++
    CDemo tmp(*this);  //记录修改前的对象
    n++;
    return tmp;  //返回修改前的对象
}

后置++要多生成一个局部对象tmp，因此执行速度比前置的慢。同理，迭代器是一个对象，STL在重载迭代器的++运算符时，后置形式也比前置形式慢。在次数很多的循环中，++i和i++可能就会造成运行时间上可观的差别了。因此，本教程在前面特别提到，对循环控制变量i，要养成写++i、不写i++的习惯。

别叫特别的是，容器适配器stack、queue和priority_queue没有迭代器。容器适配器有一些成员函数，可以用来对元素进行访问

随机访问迭代器和双向迭代器使用举例

随机访问迭代器：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v(100); //v被初始化成有100个元素
    for(int i = 0;i < v.size() ; ++i) //size返回元素个数
        cout << v[i]; //像普通数组一样使用vector容器
    vector<int>::iterator i;
    for(i = v.begin(); i != v.end (); ++i) //用 != 比较两个迭代器
        cout << * i;
    for(i = v.begin(); i < v.end ();++i) //用 < 比较两个迭代器
        cout << * i;
    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
    }
}

双向迭代器：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    list<int> v;
    list<int>::const_iterator i;
    
    for(i=v.begin(); i!=v.end(); ++i)
        cout << *i;
}

迭代器辅助函数的使用举例

#include <list>
#include <iostream>
#include <algorithm> //要使用操作迭代器的函数模板，需要包含此文件
using namespace std;
int main()
{
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    list <int> lst(a, a+5);
    list <int>::iterator p = lst.begin();
    advance(p, 2);  //p向后移动两个元素，指向3
    cout << "1)" << *p << endl;  //输出 1)3
    advance(p, -1);  //p向前移动一个元素，指向2
    cout << "2)" << *p << endl;  //输出 2)2
    list<int>::iterator q = lst.end();
    q--;  //q 指向 5
    cout << "3)" << distance(p, q) << endl;  //输出 3)3
    iter_swap(p, q); //交换 2 和 5
    cout << "4)";
    for (p = lst.begin(); p != lst.end(); ++p)
        cout << *p << " ";
    return 0;
}

输出结果：

1) 3
2) 2
3) 3
4) 1 5 3 4 2

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