C++中迭代器原理、失效和簡單實現

目錄

1. 迭代器的使用
2. 迭代器的種類
3. 迭代器的失效
4. 迭代器的實現

1.迭代器的使用

       為了提高C++編程的效率，STL中提供了許多容器，包括vector、list、map、set等。有些容器例如vector可以通過腳標索引的方式訪問容器里面的數據，但是大部分的容器不能使用這種方式，例如list、map、set。STL中每種容器在實現的時候設計了一個內嵌的iterator類，不同的容器有自己專屬的迭代器，使用迭代器來訪問容器中的數據。除此之外，通過迭代器，可以將容器和通用算法結合在一起，只要給予算法不同的迭代器，就可以對不同容器執行相同的操作，例如find查找函數。迭代器對指針的一些基本操作如*、->、++、==、!=、=進行了重載，使其具有了遍歷復雜數據結構的能力，其遍歷機制取決於所遍歷的數據結構，所有迭代的使用和指針的使用非常相似。通過begin，end函數獲取容器的頭部和尾部迭代器，end 迭代器不包含在容器之內，當begin和end返回的迭代器相同時表示容器為空。

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);//定義容器vector
    list<int> iList(arr, arr + 5);//定義容器list

    //在容器iVec的頭部和尾部之間尋找整形數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的頭部和尾部之間尋找整形數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.迭代器的種類

根據迭代器所支持的操作，可以把迭代器分為5類。

1)   輸入迭代器：是只讀迭代器，在每個被遍歷的位置上只能讀取一次。例如上面find函數參數就是輸入迭代器。

2)   輸出迭代器：是只寫迭代器，在每個被遍歷的位置上只能被寫一次。

3)   前向迭代器：兼具輸入和輸出迭代器的能力，但是它可以對同一個位置重復進行讀和寫。但它不支持operator--，所以只能向前移動。

4)   雙向迭代器：很像前向迭代器，只是它向后移動和向前移動同樣容易。

5)   隨機訪問迭代器：有雙向迭代器的所有功能。而且，它還提供了“迭代器算術”，即在一步內可以向前或向后跳躍任意位置，  包含指針的所有操作，可進行隨機訪問，隨意移動指定的步數。支持前面四種Iterator的所有操作，並另外支持it + n、it - n、it += n、 it -= n、it1 - it2和it[n]等操作。

STL每種容器類型都定義了 const_iterator，只能讀取容器的值，不能修改所指向容器范圍內元素的值。vector、string、Deque隨機存取迭代器；List、Set、map、mutiset、multimap雙向迭代器。

3.迭代器失效

容器的插入insert和erase操作可能導致迭代器失效，對於erase操作不要使用操作之前的迭代器，因為erase的那個迭代器一定失效了，正確的做法是返回刪除操作時候的那個迭代器。

#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); //定義容器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.迭代器的實現

STL中每個容器都有自己的迭代器，各種迭代器的接口相同，內部實現卻不相同，這也直接體現了泛型編程的概念，下面在單鏈表類中內嵌入一個iterator的類來實現單鏈表的迭代

#include <iostream>

template<typename T>
struct ListNode {
    T value;
    ListNode* next;
    ListNode() {
        next = 0;
    }
    ListNode(T val, ListNode *p = nullptr) :
            value(val), next(p) {
    }
};

template<typename T>
class List {
private:
    ListNode<T> *m_pHead;
    ListNode<T> *m_pTail;
    int m_nSize;
public:
    List() {
        m_pHead = nullptr;
        m_pTail = nullptr;
        m_nSize = 0;
    }
    //從鏈表尾部插入元素
    void push_back(T value) {
        if (m_pHead == nullptr) {
            m_pHead = new ListNode<T>(value);
            m_pTail = m_pHead;
        } else {
            m_pTail->next = new ListNode<T>(value);
            m_pTail = m_pTail->next;
        }

    }

    //打印鏈表元素
    void print(std::ostream &os = std::cout) const {
        for (ListNode<T> *ptr = m_pHead; ptr != m_pTail->next ; ptr = ptr->next)
            std::cout << ptr->value << " ";
        os << std::endl;
    }

    //內置迭代器
    class iterator {
    private:
        ListNode<T> *m_ptr;
    public:
        iterator(ListNode<T>* p = nullptr) :
                m_ptr(p) {
        }

        T operator*() const {
            return m_ptr->value;
        }
        ListNode<T>* operator->() const {
            return m_ptr;
        }
        iterator& operator++() {
            m_ptr = m_ptr->next;
            return *this;
        }
        iterator operator++(int) {
            ListNode<T>* tmp = m_ptr;
            m_ptr = m_ptr->next;
            return iterator(tmp);
        }

        bool operator==(const iterator &arg) const {
            return arg.m_ptr == this->m_ptr;
        }

        bool operator!=(const iterator &arg) const {
            return arg.m_ptr != this->m_ptr;
        }

    };

    //返回鏈表頭部指針
    iterator begin() const {
        return iterator(m_pHead);
    }

    //返回鏈表尾部指針
    iterator end() const {
        return iterator(m_pTail->next);
    }

    //其它成員函數

};

int main() {
    List<int> l;
    l.push_back(1);
    l.push_back(2);
    l.print();
    for (List<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

 

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