C++迭代器 iterator

1. 迭代器(iterator)是一中檢查容器內元素並遍歷元素的數據類型。
(1) 每種容器類型都定義了本身的迭代器類型，如vector:
vector<int>::iterator iter;這條語句定義了一個名爲iter的變量，它的數據類型是由vector<int>定義的iterator類型。
(2) 使用迭代器讀取vector中的每個元素：
vector<int> ivec(10,1);
for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)
{
*iter=2; //使用 * 訪問迭代器所指向的元素
}
const_iterator:
只能讀取容器中的元素，而不能修改。
for(vector<int>::const_iterator citer=ivec.begin();citer!=ivec.end();citer++)
{
cout<<*citer;
//*citer=3; error
}
vector<int>::const_iterator 和 const vector<int>::iterator的區別
const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
*newiter=11; //能夠修改指向容器的元素
//newiter++; //迭代器自己不能被修改 
(3) iterator的算術操做：
iterator除了進行++,--操做，能夠將iter+n,iter-n賦給一個新的iteraor對象。還可使用一個iterator減去另一個iterator.
const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
vector<int>::iterator newiter2=ivec.end();
cout<<"\n"<<newiter2-newiter; 
一個很典型使用vector的STL程式:
1 #include <vector>
2 #include <iostream>
3 
4 using namespace std;
5 
6 int main() {
7 vector<int> ivec;
8 ivec.push_back(1);
9 ivec.push_back(2);
10 ivec.push_back(3);
11 ivec.push_back(4);
12 
13 for(vector<int>::iterator iter = ivec.begin();1. iter != ivec.end(); ++iter)
14 cout << *iter << endl;
15 }
2. Iterator（迭代器）模式
1、概述
    Iterator（迭代器）模式又稱Cursor（遊標）模式，用於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。或者這樣說可能更容易理解：Iterator模式是運用於聚合對象的一種模式，經過運用該模式，使得咱們能夠在不知道對象內部表示的狀況下，按照必定順序（由iterator提供的方法）訪問聚合對象中的各個元素。
    因爲Iterator模式的以上特性：與聚合對象耦合，在必定程度上限制了它的普遍運用，通常僅用於底層聚合支持類，如STL的list、vector、stack等容器類及ostream_iterator等擴展iterator。
    根據STL中的分類，iterator包括：
Input Iterator：只能單步向前迭代元素，不容許修改由該類迭代器引用的元素。
Output Iterator：該類迭代器和Input Iterator極其類似，也只能單步向前迭代元素，不一樣的是該類迭代器對元素只有寫的權力。
Forward Iterator：該類迭代器能夠在一個正確的區間中進行讀寫操做，它擁有Input Iterator的全部特性，和Output Iterator的部分特性，以及單步向前迭代元素的能力。
Bidirectional Iterator：該類迭代器是在Forward Iterator的基礎上提供了單步向後迭代元素的能力。
Random Access Iterator：該類迭代器能完成上面全部迭代器的工做，它本身獨有的特性就是能夠像指針那樣進行算術計算，而不是僅僅只有單步向前或向後迭代。
    這五類迭代器的從屬關係，以下圖所示，其中箭頭A→B表示，A是B的強化類型，這也說明了若是一個算法要求B，那麼A也能夠應用於其中。

input output
      \ /
forward
       |
bidirectional
       |
random access
 圖一、五種迭代器之間的關係
    vector 和deque提供的是RandomAccessIterator，list提供的是BidirectionalIterator，set和map提供的 iterators是 ForwardIterator，關於STL中iterator迭代器的操做以下：
說明：每種迭代器都可進行包括表中前一種迭代器可進行的操做。
迭代器操做                      說明
(1)全部迭代器
p++                              後置自增迭代器
++p                              前置自增迭代器
(2)輸入迭代器
*p                                 復引用迭代器，做爲右值
p=p1                             將一個迭代器賦給另外一個迭代器
p==p1                           比較迭代器的相等性
p!=p1                            比較迭代器的不等性
(3)輸出迭代器
*p                                 復引用迭代器，做爲左值
p=p1                             將一個迭代器賦給另外一個迭代器
(4)正向迭代器
提供輸入輸出迭代器的全部功能
(5)雙向迭代器
--p                                前置自減迭代器
p--                                後置自減迭代器
(6)隨機迭代器
p+=i                              將迭代器遞增i位
p-=i                               將迭代器遞減i位
p+i                                在p位加i位後的迭代器
p-i                                 在p位減i位後的迭代器
p[i]                                返回p位元素偏離i位的元素引用
p<p1                             若是迭代器p的位置在p1前，返回true，不然返回false
p<=p1                           p的位置在p1的前面或同一位置時返回true，不然返回false
p>p1                             若是迭代器p的位置在p1後，返回true，不然返回false
p>=p1                           p的位置在p1的後面或同一位置時返回true，不然返回false
    只有順序容器和關聯容器支持迭代器遍歷，各容器支持的迭代器的類別以下：
容器                 支持的迭代器類別            容器               支持的迭代器類別            容器                 支持的迭代器類別
vector              隨機訪問                      deque              隨機訪問                       list                   雙向
set                   雙向                            multiset            雙向                           map                 雙向
multimap          雙向                             stack                不支持                        queue              不支持
priority_queue   不支持
2、結構
Iterator模式的結構以下圖所示：

圖二、Iterator模式類圖示意
3、應用
    Iterator模式有三個重要的做用：
1）它支持以不一樣的方式遍歷一個聚合.複雜的聚合可用多種方式進行遍歷，如二叉樹的遍歷，能夠採用前序、中序或後序遍歷。迭代器模式使得改變遍歷算法變得很容易: 僅需用一個不一樣的迭代器的實例代替原先的實例便可，你也能夠本身定義迭代器的子類以支持新的遍歷，或者能夠在遍歷中增長一些邏輯，若有條件的遍歷等。
2）迭代器簡化了聚合的接口. 有了迭代器的遍歷接口，聚合自己就再也不須要相似的遍歷接口了，這樣就簡化了聚合的接口。
3）在同一個聚合上能夠有多個遍歷 每一個迭代器保持它本身的遍歷狀態，所以你能夠同時進行多個遍歷。
4）此外，Iterator模式能夠爲遍歷不一樣的聚合結構（需擁有相同的基類）提供一個統一的接口，即支持多態迭代。
    簡單說來，迭代器模式也是Delegate原則的一個應用，它將對集合進行遍歷的功能封裝成獨立的Iterator，不但簡化了集合的接口，也使得修改、增 加遍歷方式變得簡單。從這一點講，該模式與Bridge模式、Strategy模式有必定的類似性，但Iterator模式所討論的問題與集合密切相關， 形成在Iterator在實現上具備必定的特殊性，具體將在示例部分進行討論。
4、優缺點
     正如前面所說，與集合密切相關，限制了 Iterator模式的普遍使用，就我的而言，我不大認同將Iterator做爲模式提出的觀點，但它又確實符合模式「常常出現的特定問題的解決方案」的 特質，以致於我又不得不認可它是個模式。在通常的底層集合支持類中，咱們每每不肯「避輕就重」將集合設計成集合 + Iterator 的形式，而是將遍歷的功能直接交由集合完成，以避免犯了「過分設計」的詬病，可是，若是咱們的集合類確實須要支持多種遍歷方式（僅此一點仍不必定須要考慮 Iterator模式，直接交由集合完成每每更方便），或者，爲了與系統提供或使用的其它機制，如STL算法，保持一致時，Iterator模式才值得考 慮。
5、舉例
    能夠考慮使用兩種方式來實現Iterator模式：內嵌類或者友元類。一般迭代類需訪問集合類中的內部數據結構，爲此，可在集合類中設置迭代類爲friend class，但這不利於添加新的迭代類，由於須要修改集合類，添加friend class語句。也能夠在抽象迭代類中定義protected型的存取集合類內部數據的函數，這樣迭代子類就能夠訪問集合類數據了，這種方式比較容易添加新的迭代方式，但這種方式也存在明顯的缺點：這些函數只能用於特定聚合類，而且，不可避免形成代碼更加複雜。
    STL的list::iterator、deque::iterator、rbtree::iterator等採用的都是外部Iterator類的形式，雖然STL的集合類的iterator分散在各個集合類中，但因爲各Iterator類具備相同的基類，保持了相同的對外的接口（包括一些traits及tags等，感興趣者請認真閱讀參考一、2），從而使得它們看起來仍然像一個總體，同時也使得應用algorithm成爲可能。咱們若是要擴展STL的iterator，也須要注意這一點，不然，咱們擴展的iterator將可能沒法應用於各algorithm。
如下是一個遍歷二叉樹的Iterator的例子，爲了方便支持多種遍歷方式，並便於遍歷方式的擴展，其中還使用了Strategy模式（見筆記21）：
（注：一、雖然下面這個示例是本系列全部示例中花費我時間最多的一個，但我不得不認可，它很是不完善，感興趣的朋友，能夠考慮參考下面的參考材料將其補充完善，或提出寶貴改進意見。二、 我本想考慮將其封裝成與STL風格一致的形式，使得咱們遍歷二叉樹必須經過Iterator來進行，但因爲二叉樹在結構上較線性存儲結構複雜，使訪問必須 經過Iterator來進行，但這不可避免使得BinaryTree的訪問變得異常麻煩，在具體應用中還須要認真考慮。三、如下只提供了Inorder<中序>遍歷iterator的實現。）

 

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