C++ 迭代器 基礎(chǔ)介紹

迭代器提供對一個(gè)容器中的對象的訪問方法,，并且定義了容器中對象的范圍,。迭代器就如同一個(gè)指針。事實(shí)上,，C++的指針也是一種迭代器,。但是，迭代器不僅僅是指針,，因此你不能認(rèn)為他們一定具有地址值,。例如，一個(gè)數(shù)組索引,，也可以認(rèn)為是一種迭代器,。

除了使用下標(biāo)來訪問 vector 對象的元素外，標(biāo)準(zhǔn)庫還提供了另一種訪問元素的方法：使用迭代器（iterator）,。迭代器是一種檢查容器內(nèi)元素并遍歷元素的數(shù)據(jù)類型,。

標(biāo)準(zhǔn)庫為每一種標(biāo)準(zhǔn)容器（包括 vector）定義了一種迭代器類型。迭代器類型提供了比下標(biāo)操作更通用化的方法：所有的標(biāo)準(zhǔn)庫容器都定義了相應(yīng)的迭代器類型,，而只有少數(shù)的容器支持下標(biāo)操作,。因?yàn)榈鲗λ械娜萜鞫歼m用，現(xiàn)代 C++ 程序更傾向于使用迭代器而不是下標(biāo)操作訪問容器元素,，即使對支持下標(biāo)操作的 vector 類型也是這樣,。

容器的 iterator 類型

每種容器類型都定義了自己的迭代器類型，如 vector：

     vector<int>::iterator iter;

這符語句定義了一個(gè)名為 iter 的變量，它的數(shù)據(jù)類型是 vector<int> 定義的 iterator 類型,。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫容器類型都定義了一個(gè)名為 iterator 的成員,，這里的 iterator 與迭代器實(shí)際類型的含義相同。

術(shù)語：迭代器和迭代器類型

程序員首次遇到有關(guān)迭代器的術(shù)語時(shí)可能會(huì)困惑不解,，原因之一是由于同一個(gè)術(shù)語 iterator 往往表示兩個(gè)不同的事物,。一般意義上指的是迭代器的概念；而具體而言時(shí)指的則是由容器定義的具體的 iterator 類型,，如 vector<int>,。

重點(diǎn)要理解的是，有許多用作迭代器的類型,，這些類型在概念上是相關(guān)的,。若一種類型支持一組確定的操作（這些操作可用來遍歷容器內(nèi)的元素，并訪問這些元素的值）,，我們就稱這種類型為迭代器,。

各容器類都定義了自己的 iterator 類型，用于訪問容器內(nèi)的元素,。換句話說,，每個(gè)容器都定義了一個(gè)名為 iterator 的類型，而這種類型支持（概念上的）迭代器的各種操作,。

begin 和 end 操作

每種容器都定義了一對命名為 begin 和 end 的函數(shù),，用于返回迭代器。如果容器中有元素的話,，由 begin 返回的迭代器指向第一個(gè)元素：

     vector<int>::iterator iter = ivec.begin();

上述語句把 iter 初始化為由名為 vector 操作返回的值,。假設(shè) vector 不空,，初始化后,，iter 即指該元素為 ivec[0]。

由 end 操作返回的迭代器指向 vector 的“末端元素的下一個(gè)”,?！俺瞿┒说鳌保?span lang="EN-US">off-the-end iterator）。表明它指向了一個(gè)不存在的元素,。如果 vector 為空,，begin 返回的迭代器與 end 返回的迭代器相同。

由 end 操作返回的迭代器并不指向 vector 中任何實(shí)際的元素,，相反,，它只是起一個(gè)哨兵（sentinel）的作用，表示我們已處理完 vector 中所有元素,。

vector 迭代器的自增和解引用運(yùn)算

迭代器類型定義了一些操作來獲取迭代器所指向的元素,，并允許程序員將迭代器從一個(gè)元素移動(dòng)到另一個(gè)元素。

迭代器類型可使用解引用操作符（dereference operator）（*）來訪問迭代器所指向的元素：

     *iter = 0;

解引用操作符返回迭代器當(dāng)前所指向的元素。假設(shè) iter 指向 vector 對象 ivec 的第一元素,，那么 *iter 和 ivec[0] 就是指向同一個(gè)元素,。上面這個(gè)語句的效果就是把這個(gè)元素的值賦為 0。

迭代器使用自增操作符向前移動(dòng)迭代器指向容器中下一個(gè)元素,。從邏輯上說,，迭代器的自增操作和 int 型對象的自增操作類似。對 int 對象來說,，操作結(jié)果就是把 int 型值“加 1”,，而對迭代器對象則是把容器中的迭代器“向前移動(dòng)一個(gè)位置”。因此,，如果 iter 指向第一個(gè)元素,，則 ++iter 指向第二個(gè)元素。

由于 end 操作返回的迭代器不指向任何元素,，因此不能對它進(jìn)行解引用或自增操作,。

迭代器的其他操作

另一對可執(zhí)行于迭代器的操作就是比較：用 == 或 != 操作符來比較兩個(gè)迭代器，如果兩個(gè)迭代器對象指向同一個(gè)元素,，則它們相等,，否則就不相等。

迭代器應(yīng)用的程序示例

假設(shè)已聲明了一個(gè) vector<int> 型的 ivec 變量,，要把它所有元素值重置為 0,，可以用下標(biāo)操作來完成：

   // reset all the elements in ivec to 0

   for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != ivec.size(); ++ix)

             ivec[ix] = 0;

上述程序用 for 循環(huán)遍歷 ivec 的元素，for 循環(huán)定義了一個(gè)索引 ix ,，每循環(huán)迭代一次 ix 就自增 1,。for 循環(huán)體將 ivec 的每個(gè)元素賦值為 0。

更典型的做法是用迭代器來編寫循環(huán)：

   // equivalent loop using iterators to reset all the elements in ivec to 0

for (vector<int>::iterator iter = ivec.begin();iter != ivec.end(); ++iter)

         *iter = 0;  // set element to which iter refers to 0

for 循環(huán)首先定義了 iter,，并將它初始化為指向 ivec 的第一個(gè)元素,。for 循環(huán)的條件測試 iter 是否與 end 操作返回的迭代器不等。每次迭代 iter 都自增 1,，這個(gè) for 循環(huán)的效果是從 ivec 第一個(gè)元素開始,，順序處理 vector 中的每一元素。最后,， iter 將指向 ivec 中的最后一個(gè)元素,，處理完最后一個(gè)元素后，iter 再增加 1,，就會(huì)與 end 操作的返回值相等,，在這種情況下，循環(huán)終止,。

for 循環(huán)體內(nèi)的語句用解引用操作符來訪問當(dāng)前元素的值,。和下標(biāo)操作符一樣，解引用操作符的返回值是一個(gè)左值，因此可以對它進(jìn)行賦值來改變它的值,。上述循環(huán)的效果就是把 ivec 中所有元素都賦值為 0,。

通過上述對代碼的詳細(xì)分析，可以看出這段程序與用下標(biāo)操作符的版本達(dá)到相同的操作效果：從 vector 的第一個(gè)元素開始,，把 vector 中每個(gè)元素都置為 0,。

本節(jié)給出的例子程序，如果 vector 為空,，程序是安全的,。如果 ivec 為空，則 begin 返回的迭代器不指向任何元素——由于沒有元素,，所以它不能指向任何元素,。在這種情況下，從 begin 操作返回的迭代器與從 end 操作返回的迭代器的值相同,，因此 for 語句中的測試條件立即失敗,。

const_iterator

前面的程序用 vector::iterator 改變 vector 中的元素值。每種容器類型還定義了一種名為 const_iterator 的類型,，該類型只能用于讀取容器內(nèi)元素,，但不能改變其值。

當(dāng)我們對普通 iterator 類型解引用時(shí),，得到對某個(gè)元素的非 const（2.5 節(jié)）,。而如果我們對 const_iterator 類型解引用時(shí)，則可以得到一個(gè)指向 const 對象的引用（2.4 節(jié)）,，如同任何常量一樣,，該對象不能進(jìn)行重寫。

例如,，如果 text 是 vector<string> 類型,，程序員想要遍歷它，輸出每個(gè)元素,，可以這樣編寫程序：

   // use const_iterator because we won't change the elements

  for (vector<string>::const_iterator iter = text.begin();iter != text.end(); ++iter)

  cout << *iter << endl; // print each element in text

除了是從迭代器讀取元素值而不是對它進(jìn)行賦值之外,，這個(gè)循環(huán)與前一個(gè)相似。由于這里只需要借助迭代器進(jìn)行讀,，不需要寫，這里把 iter 定義為 const_iterator 類型,。當(dāng)對 const_iterator 類型解引用時(shí),，返回的是一個(gè) const 值。不允許用 const_iterator: 進(jìn)行賦值

     for (vector<string>::const_iterator iter = text.begin();iter != text.end(); ++ iter)

      *iter = " ";     // error: *iter is const

使用 const_iterator 類型時(shí),，我們可以得到一個(gè)迭代器,，它自身的值可以改變，但不能用來改變其所指向的元素的值?？梢詫Φ鬟M(jìn)行自增以及使用解引用操作符來讀取值,，但不能對該元素賦值。

不要把 const_iterator 對象與 const 的 iterator 對象混淆起來,。聲明一個(gè) const 迭代器時(shí),，必須初始化迭代器。一旦被初始化后,，就不能改變它的值：

  vector<int> nums(10);  // nums is nonconst

  const vector<int>::iterator cit = nums.begin();

  *cit = 1;  // ok: cit can change its underlying element

   ++cit;  // error: can't change the value of cit

const_iterator 對象可以用于 const vector 或非 const vector,，因?yàn)椴荒芨膶懺刂怠?span lang="EN-US">const 迭代器這種類型幾乎沒什么用處：一旦它被初始化后，只能用它來改寫其指向的元素,，但不能使它指向任何其他元素,。

  const vector<int> nines(10, 9);  // cannot change elements in nines

  // error: cit2 could change the element it refers to and nines is const

  const vector<int>::iterator cit2 = nines.begin();

  // ok: it can't change an element value, so it can be used with a const vector<int>

  vector<int>::const_iterator it = nines.begin();

  *it = 10; // error: *it is const

  ++it;     // ok: it isn't const so we can change its value

   // an iterator that cannot write elements

   vector<int>::const_iterator

   // an iterator whose value cannot change

   const vector<int>::iterator

迭代器的算術(shù)操作

除了一次移動(dòng)迭代器的一個(gè)元素的增量操作符外，vector 迭代器（其他標(biāo)準(zhǔn)庫容器迭代器很少）也支持其他的算術(shù)操作,。這些操作稱為迭代器算術(shù)操作（iterator arithmetic）,，包括：

iter + n

iter - n

可以對迭代器對象加上或減去一個(gè)整形值。這樣做將產(chǎn)生一個(gè)新的迭代器,，其位置在 iter 所指元素之前（加）或之后（減） n 個(gè)元素的位置,。加或減之后的結(jié)果必須指向 iter 所指 vector 中的某個(gè)元素，或者是 vector 末端的后一個(gè)元素,。加上或減去的值的類型應(yīng)該是 vector 的 size_type 或 difference_type 類型（參考下面的解釋）,。

iter1 - iter2

該表達(dá)式用來計(jì)算兩個(gè)迭代器對象的距離，該距離是名為 difference_type 的 signed 類型 size_type 的值,，這里的 difference_type 是 signed 類型,，因?yàn)闇p法運(yùn)算可能產(chǎn)生負(fù)數(shù)的結(jié)果。該類型可以保證足夠大以存儲(chǔ)任何兩個(gè)迭代器對象間的距離,。iter1 與 iter2 兩者必須都指向同一 vector 中的元素,，或者指向 vector 末端之后的下一個(gè)元素。

可以用迭代器算術(shù)操作來移動(dòng)迭代器直接指向某個(gè)元素,，例如,，下面語句直接定位于 vector 中間元素：

 vector<int>::iterator mid = vi.begin() + vi.size() / 2;

上述代碼用來初始化 mid 使其指向 vi 中最靠近正中間的元素。這種直接計(jì)算迭代器的方法,，與用迭代器逐個(gè)元素自增操作到達(dá)中間元素的方法是等價(jià)的,，但前者的效率要高得多。

任何改變 vector 長度的操作都會(huì)使已存在的迭代器失效,。例如,，在調(diào)用 push_back 之后，就不能再信賴指向 vector 的迭代器的值了,。