C++中迭代器原理、失效和简单实现

1.迭代器的使用

为了提高C++编程的效率，STL中提供了许多容器，包括vector、list、map、set等。有些容器例如vector可以通过脚标索引的方式访问容器里面的数据，但是大部分的容器不能使用这种方式，例如list、map、set。STL中每种容器在实现的时候设计了一个内嵌的iterator类，不同的容器有自己专属的迭代器，使用迭代器来访问容器中的数据。除此之外，通过迭代器，可以将容器和通用算法结合在一起，只要给予算法不同的迭代器，就可以对不同容器执行相同的操作，例如find查找函数。迭代器对指针的一些基本操作如*、->、++、==、!=、=进行了重载，使其具有了遍历复杂数据结构的能力，其遍历机制取决于所遍历的数据结构，所有迭代的使用和指针的使用非常相似。通过begin，end函数获取容器的头部和尾部迭代器，end 迭代器不包含在容器之内，当begin和end返回的迭代器相同时表示容器为空。

template<typename InputIterator, typename T>
InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T &value)
{
    while (first != last && *frist != value)
        ++first;
    return first;
}

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int arr[5] = { 1, 2, 3, 4, 5};

    vector<int> iVec(arr, arr + 5);//定义容器vector
    list<int> iList(arr, arr + 5);//定义容器list

    //在容器iVec的头部和尾部之间寻找整形数3
    vector<int>::iterator iter1 = find(iVec.begin(), iVec.end(), 3);
    if (iter1 == iVec.end())
        cout<<"3 not found"<<endl;
    else
        cout<<"3 found"<<endl;

    //在容器iList的头部和尾部之间寻找整形数4
    list<int>::iterator iter2 = find(iList.begin(), iList.end(), 4);
    if (iter2 == iList.end())
        cout<<"4 not found"<<endl;
    else
        cout<<"4 found"<<endl;

    return 0;
}

2.迭代器的种类

根据迭代器所支持的操作，可以把迭代器分为5类。

1) 输入迭代器：是只读迭代器，在每个被遍历的位置上只能读取一次。例如上面find函数参数就是输入迭代器。

2) 输出迭代器：是只写迭代器，在每个被遍历的位置上只能被写一次。

3) 前向迭代器：兼具输入和输出迭代器的能力，但是它可以对同一个位置重复进行读和写。但它不支持operator--，所以只能向前移动。

4) 双向迭代器：很像前向迭代器，只是它向后移动和向前移动同样容易。

5) 随机访问迭代器：有双向迭代器的所有功能。而且，它还提供了“迭代器算术”，即在一步内可以向前或向后跳跃任意位置，包含指针的所有操作，可进行随机访问，随意移动指定的步数。支持前面四种Iterator的所有操作，并另外支持it + n、it - n、it += n、 it -= n、it1 - it2和it[n]等操作。

STL每种容器类型都定义了 const_iterator，只能读取容器的值，不能修改所指向容器范围内元素的值。vector、string、Deque随机存取迭代器；List、Set、map、mutiset、multimap双向迭代器。

3.迭代器失效

容器的插入insert和erase操作可能导致迭代器失效，对于erase操作不要使用操作之前的迭代器，因为erase的那个迭代器一定失效了，正确的做法是返回删除操作时候的那个迭代器。

#include <vector>
using namespace std;

int main(int argc, const char *argv[]) {
    int arr[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    vector<int> iVec(arr, arr + 5); //定义容器vector
    //迭代器失效
//    for (vector<int>::iterator it = iVec.begin(); it != iVec.end();) {
//        iVec.erase(it);
//    }
    //返回erase操作之后的迭代器
    for (vector<int>::iterator it = iVec.begin();it != iVec.end();) {
        it = iVec.erase(it);
    }
    return 0;
}

4.迭代器的实现

STL中每个容器都有自己的迭代器，各种迭代器的接口相同，内部实现却不相同，这也直接体现了泛型编程的概念，下面在单链表类中内嵌入一个iterator的类来实现单链表的迭代

  1 #include <iostream>
  2 
  3 template<typename T>
  4 struct ListNode {
  5     T value;
  6     ListNode* next;
  7     ListNode() {
  8         next = 0;
  9     }
 10     ListNode(T val, ListNode *p = nullptr) :
 11             value(val), next(p) {
 12     }
 13 };
 14 
 15 template<typename T>
 16 class List {
 17 private:
 18     ListNode<T> *m_pHead;
 19     ListNode<T> *m_pTail;
 20     int m_nSize;
 21 public:
 22     List() {
 23         m_pHead = nullptr;
 24         m_pTail = nullptr;
 25         m_nSize = 0;
 26     }
 27     //从链表尾部插入元素
 28     void push_back(T value) {
 29         if (m_pHead == nullptr) {
 30             m_pHead = new ListNode<T>(value);
 31             m_pTail = m_pHead;
 32         } else {
 33             m_pTail->next = new ListNode<T>(value);
 34             m_pTail = m_pTail->next;
 35         }
 36 
 37     }
 38 
 39     //打印链表元素
 40     void print(std::ostream &os = std::cout) const {
 41         for (ListNode<T> *ptr = m_pHead; ptr != m_pTail->next ; ptr = ptr->next)
 42             std::cout << ptr->value << " ";
 43         os << std::endl;
 44     }
 45 
 46     //内置迭代器
 47     class iterator {
 48     private:
 49         ListNode<T> *m_ptr;
 50     public:
 51         iterator(ListNode<T>* p = nullptr) :
 52                 m_ptr(p) {
 53         }
 54 
 55         T operator*() const {
 56             return m_ptr->value;
 57         }
 58         ListNode<T>* operator->() const {
 59             return m_ptr;
 60         }
 61         iterator& operator++() {
 62             m_ptr = m_ptr->next;
 63             return *this;
 64         }
 65         iterator operator++(int) {
 66             ListNode<T>* tmp = m_ptr;
 67             m_ptr = m_ptr->next;
 68             return iterator(tmp);
 69         }
 70 
 71         bool operator==(const iterator &arg) const {
 72             return arg.m_ptr == this->m_ptr;
 73         }
 74 
 75         bool operator!=(const iterator &arg) const {
 76             return arg.m_ptr != this->m_ptr;
 77         }
 78 
 79     };
 80 
 81     //返回链表头部指针
 82     iterator begin() const {
 83         return iterator(m_pHead);
 84     }
 85 
 86     //返回链表尾部指针
 87     iterator end() const {
 88         return iterator(m_pTail->next);
 89     }
 90 
 91     //其它成员函数
 92 
 93 };
 94 
 95 int main() {
 96     List<int> l;
 97     l.push_back(1);
 98     l.push_back(2);
 99     l.print();
100     for (List<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
101         std::cout << *it << " ";
102     }
103     std::cout << std::endl;
104     return 0;
105 }

参考： http://blog.csdn.net/shudou/article/details/11099931

来源：https://www.cnblogs.com/wxquare/p/4699429.html

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