C++的STL迭代器怎么自定義

這篇文章主要介紹“C++的STL迭代器怎么自定義”的相關(guān)知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“C++的STL迭代器怎么自定義”文章能幫助大家解決問題。

 C++ STL 迭代器

了解如何使用 C++ 標準模板庫 (STL) 的容器的關(guān)鍵之一是了解迭代器的工作原理。lists 和maps等容器的行為不像數(shù)組，因此您不能使用for循環(huán)來遍歷其中的元素。同樣，因為這些容器不能隨機訪問，所以不能使用簡單的整數(shù)索引。你可以使用迭代器來引用容器的元素。

STL 容器和算法可以很好地協(xié)同工作的原因是它們彼此一無所知 - Alex Stepanov

迭代器是類似指針的對象，它允許程序在不暴露底層表示的情況下順序地遍歷容器的元素。迭代器可以通過遞增和遞減它們從一個元素前進到下一個元素。每個容器類型都有一個與之關(guān)聯(lián)的不同迭代器。例如，迭代器 forlist<int>聲明為：

 std::list<int>::iterator

 迭代器類別

迭代器分為幾類，因為不同的算法需要使用不同的迭代器。例如，該std::copy()算法需要一個可以通過遞增來推進的迭代器，而該  std::reverse()算法需要一個可以遞減的迭代器。在 C++ 語言中，該標準定義了五個不同的類別。

• 輸入迭代器

• 只讀且只能讀取一次。

• 例子： std::istream_iterator(istream& is)

• 輸出迭代器

• 只寫

• 例如：std::ostream_iterator<int> out_it (std::cout,", ");

• 前向迭代器

• 收集輸入+輸出迭代器

• 示例：std::forward_list::iterator,std::unordered_map::iterator

• 雙向迭代器

• 像前向迭代器，但也有 operator–

• 例子： std::list::iterator

• 隨機訪問迭代器

• 已重載operator[]，指針運算

• 例子：std::vector<int>::iterator。

你可以在此處獲得有關(guān)這些的更多信息

 迭代器特征

迭代器特征允許算法以統(tǒng)一的方式訪問有關(guān)特定迭代器的信息，以避免在需要遍歷不同樣式的容器時為每個特定情況重新實現(xiàn)所有迭代器。例如，查找元素std::list是O(n)復雜性，而std::vector隨機訪問元素是O(1)復雜性（給定索引位置）。算法最好知道可以使用+=運算符（隨機訪問）或僅使用++運算符（轉(zhuǎn)發(fā)）遍歷容器，以選擇更好的選擇以降低計算的算法的復雜度。

迭代器特征如下：

• difference_type：

• 表示迭代器距離的類型

• 迭代器的類型差異p2 - p1。

• value_type：

• 迭代器指向的值的類型

• pointer：

• 迭代器指向的指針值

• 通常 value_type*

• reference：

• 迭代器指向的引用值

• 通常 value_type&

• iterator category：

  struct input_iterator_tag {};struct output_iterator_tag {};struct forward_iterator_tag : input_iterator_tag {};struct bidirectional_iterator_tag : forward_iterator_tag {};struct random_access_iterator_tag : bidirectional_iterator_tag {};

• 標識由迭代器建模的迭代器概念。

• 以下之一：

的定義iterator_traits看起來像：

// The basic version works for iterators with the member typetemplate <class Iterator>struct iterator_traits{typedef typename Iterator::value_type value_type;typedef typename Iterator::difference_type difference_type;typedef typename Iterator::pointer pointer;typedef typename Iterator::reference reference;typedef typename Iterator::iterator_category iterator_category;};// A partial specialization takes care of pointer typestemplate <class T>struct iterator_traits<T *>{typedef T value_type;typedef ptrdiff_t difference_type;typedef T *pointer;typedef T &reference;typedef random_access_iterator_tag iterator_category;};// pointers to const typetemplate <class T>struct iterator_traits<const T *>{typedef T value_type;typedef ptrdiff_t difference_type;typedef const T *pointer;typedef const T &reference;typedef random_access_iterator_tag iterator_category;};

有時，泛型算法需要知道其迭代器參數(shù)的值類型，即迭代器指向的類型。例如，要交換兩個迭代器指向的值，就需要一個臨時變量。

template <class Iterator>void swap (Iterator a, Iterator b) {
  typename Iterator::value_type tmp = *a;
  *a = *b;
  *b = tmp;}

這些特征還通過利用iterator_category成員提供的有關(guān)基本迭代器類別的知識來提高算法的效率。算法可以使用這個“標簽”來選擇迭代器能夠處理的最有效的實現(xiàn)，而不會影響處理各種迭代器類型的靈活性。

在下面的例子中，我們的目標是有一個單一的advance算法，可以根據(jù)迭代器類別自動執(zhí)行正確的版本。

template <class InputIterator, class Distance>void advance(InputIterator &i, Distance n, input_iterator_tag){for (; n > 0; --n)++i;}template <class BidirectionalIterator, class Distance>void advance(BidirectionalIterator &i, Distance n   bidirectional_iterator_tag){if (n <= 0)for (; n > 0; --n)++i;elsefor (; n < 0; ++n)--i;}template <class RandomAccessIterator, class Distance>void advance(RandomAccessIterator &i, Distance n, random_access_iterator_tag){i += n;}// Generic advance algorithm using compile-time dispatching based on function overloadingtemplate <class InputIterator, class Distance>void advance(InputIterator i, Distance n){advance(i, n, typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category());}

 編寫自定義迭代器

迭代器特征將自動適用于定義適當成員類型的任何迭代器類。自定義迭代器應該支持以下指針：

• 如何檢索該點的值

• 如何增加/減少迭代點

• 如何與其他迭代點進行比較

#include <algorithm>
#include <exception>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <typeinfo>
#include <vector>template <typename ArrType> class MyArray {private:
  ArrType *m_data;
  unsigned int m_size;public:
  class Iterator {
  public:// iterator_trait associated typestypedef Iterator itr_type;typedef ArrType value_type;typedef ArrType &reference;typedef ArrType *pointer;typedef std::bidirectional_iterator_tag iterator_category;typedef std::ptrdiff_t difference_type;Iterator(pointer ptr) : m_itr_ptr(ptr) {}itr_type operator++() {  itr_type old_itr = *this;  m_itr_ptr++;  return old_itr;}itr_type operator++(int dummy) {  m_itr_ptr++;  return *this;}itr_type operator--() {  itr_type old_itr = *this;  m_itr_ptr--;  return old_itr;}itr_type operator--(int dummy) {  m_itr_ptr--;  return *this;}reference operator*() const { return *m_itr_ptr; }pointer operator->() const { return m_itr_ptr; }bool operator==(const itr_type &rhs) { return m_itr_ptr == rhs.m_itr_ptr; }bool operator!=(const itr_type &rhs) { return m_itr_ptr != rhs.m_itr_ptr; }
  private:pointer m_itr_ptr;
  };
  MyArray(unsigned int size) : m_size(size) { m_data = new ArrType[m_size]; }
  unsigned int size() const { return m_size; }
  ArrType &operator[](unsigned int idx) {if (idx >= m_size)  throw std::runtime_error("Index out of range");return m_data[idx];
  }
  Iterator begin() { return Iterator(m_data); }
  Iterator end() { return Iterator(m_data + m_size); }};int main(){
  MyArray<double> arr(3);
  arr[0] = 2.6;
  arr[1] = 5.2;
  arr[2] = 8.9;
  std::cout << "MyArray Contents: ";
  for (MyArray<double>::Iterator it = arr.begin(); it != arr.end(); it++) {std::cout << *it << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::vector<double> vec;
  std::copy(arr.begin(), arr.end(), std::back_inserter(vec));
  std::cout << "Vector Contents after copy: ";
  for (std::vector<double>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); it++) {std::cout << *it << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::cout << typeid(std::iterator_traits<  MyArray<double>::Iterator>::iterator_category())   .name()<< std::endl;
  return 0;}/*OUTPUT
MyArray Contents: 2.6 5.2 8.9 
Vector Contents after copy: 2.6 5.2 8.9 
FSt26bidirectional_iterator_tagvE
*/

 迭代器和循環(huán)范圍

基于范圍的 for 循環(huán)（或簡稱為 range-for）以及auto，是 C++11 標準中添加的最重要的特性之一。

范圍for循環(huán)的語法模板如下所示：

for (range_declaration : range_expression) { // loop body }

在 C++11/C++14 中，上述格式產(chǎn)生類似于以下的代碼：

{  
  auto&& range = range_expression ; 
  // beginExpr is range.begin() and endExpr is range.end()
  for (auto b = beginExpr, e = endExpr; b != e; ++b) { range_declaration = *b; // loop body
  } }

基于范圍的 for 循環(huán)的典型用法：

// Iterate over STL containerstd::vector<int> v{1, 2, 3, 4};for (const auto &i : v)std::cout << i << "\n";

range for 循環(huán)的工作方式是創(chuàng)建一個指向向量第一個元素的迭代器，然后依次訪問向量的每個元素，直到迭代器到達向量的最后一個元素，然后循環(huán)終止。在cppinsight可以觀察到這種現(xiàn)象。

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