STL源碼分析-iterator（迭代器）

1. GOF 迭代器設計模式

前面一篇文章有寫到stl_list的實現，也實現了一下相應的iterator，可是後面以爲，實現具體容器以前有必要介紹一下iterator（迭代器） 。那麼迭代器是什麼呢？

GOF的設計模式是這樣定義的： 提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素，而又不需暴露該對象的內部表示。

大概意思是，例如一個聚合對象(list)，咱們該如何來訪問它的元素，而又不暴露內部結構；並且還要針對不一樣的須要，可能以不一樣的方式遍歷這個list；那麼即便，咱們知道大概會有哪些遍歷操做，那咱們也不會但願list接口中充斥着各類不一樣遍歷操做。一句話，就是若是把遍歷和操做元素的各類方法都放到list中來實現，那麼將會致使list類中結構變得混亂並且不穩定。

正好迭代器就是用來提供給外部訪問聚合對象元素的一個結構。 那GOF設計模式，採用的實現方式是OOP（面向對象），類圖關係以下：

具體的聚合對象有本身的繼承關係，具體的iterator也有本身的繼承關係，也就是經過繼承多態來實現用戶側代碼無需修改，就能夠兼容不一樣的聚合對象。在GOF設計模式書中專門有一點提到：使用多態迭代器是有代價的。他們要求用一個Factory Method動態分配迭代器對象。所以僅當必須多態時才使用它們。

2. STL 迭代器

在C++ STL中，也是繼承了GOF提出的迭代器基本需求，而且迭代器（iterator）扮演着重要角色，來將將容器和算法分開，彼此獨立設計，最後再以膠着劑（iterator）將它們撮合在一塊兒。

那麼C++ STL實現iterator和GOF介紹的迭代器實現方法什麼區別呢？ 那首先咱們須要瞭解C++中的兩個編程範式的概念，GP（泛型編程）和OOP（面向對象編程）。

在C++語言裏面，咱們能夠如下方式來簡單區分一下GP和OOP：

GP: 泛型編程，也被稱爲"靜態多態"，多種數據類型在同一種算法或者結構上皆可操做，其效率與針對某特定數據類型而設計的算法或者結構相同， 具體數據類型在編譯期肯定，編譯器承擔更多，代碼執行效率高。在STL中利用GP將methods和datas實現了分而治之。

OOP: 將methods和datas關聯到一塊兒 （通俗點就是方法和成員變量放到一個類中實現），經過繼承的方式，利用虛函數表（virtual）實現運行時類型斷定，也叫"動態多態", 因爲運行過程當中需根據類型去檢索虛函數表，所以效率相對較低。

恰好，C++ STL庫的整個實現採用的就是GP（Generic Programming），而不是OOP（Object Oriented Programming）。而GOF設計模式採用的 就是繼承關係實現的，所以，相對來說，C++ STL的實現效率會相對較高，並且也更有利於維護。

3. STL iterator分類和總結

迭代器類型基本關係：

STL 迭代器基本介紹：

一、輸入迭代器：只讀，一次傳遞

可爲輸入迭代器預約義實現只有istream_iterator和istreambuf_iterator，用於從一個輸入流istream中讀取。一個輸入迭代器僅能對它所選擇的每一個元素進行一次解析，它們只能向前移動。一個專門的構造函數定義了超越末尾的值。老是，輸入迭代器能夠對讀操做的結果進行解析（對每一個值僅解析一次），而後向前移動。

二、輸出迭代器：只寫，一次傳遞

這是對輸入迭代器的補充，不過是寫操做而不是讀操做。爲輸出迭代器的預約義實現只有ostream_iterator和ostreambuf_iterator，用於向一個輸出流ostream寫數據，還有一個通常較少使用的raw_storage_iterator。他們只能對每一個寫出的值進行一次解析，而且只能向前移動。對於輸出迭代器來講，沒有使用超越末尾的值來結束的概念。總之，輸出迭代器能夠對寫操做的值進行解析（對每個值僅解析一次），而後向前移動。

三、前向迭代器：屢次讀/寫

前向迭代器包含了輸入和輸出迭代器二者的功能，加上還能夠屢次解析一個迭代器指定的位置，所以能夠對一個值進行屢次讀/寫。顧名思義，前向迭代器只能向前移動。沒有爲前向迭代器預約義迭代器。

四、雙向迭代器：operator--

雙向迭代器具備前向迭代器的所有功能。另外它還能夠利用自減操做符operator--向後一次移動一個位置。由list容器中返回的迭代器都是雙向的。

五、隨機訪問迭代器：相似於一個指針

隨機訪問迭代器具備雙向迭代器的全部功能，再加上一個指針全部的功能（一個指針就是一個隨機訪問迭代器），除了沒有一種「空（null）」迭代器和空指針對應。基本上能夠這樣說，一個隨機訪問迭代器就像一個指針那樣能夠進行任何操做，包括使用操做符operator[]進行索引，加某個數值到一個指針就能夠向前或者向後移動若干個位置，或者使用比較運算符在迭代器之間進行比較。

能夠參考一下以前list實現的iterator代碼，iterator內部維護一個list節點指針，而後對++和--進行操做符重載時，實際上是指針的先後移動，所以stl_list的迭代器類型爲雙向迭代器。


迭代器做爲STL的一個重要組成部分，今天算是作了一個簡單的總結，在後續分析STL其餘內容的過程當中也會常常遇到！

2018年9月25日23:44:02