C++教程-C++迭代器

C++ 迭代器

迭代器类似于指针，用于访问容器中的元素。

重要要点：

迭代器用于遍历容器中的元素，这个过程称为通过容器进行迭代。
迭代器的主要优点是为所有容器类型提供一个通用接口。
迭代器使得算法与所使用的容器类型无关。
迭代器提供了一种通用的方式来遍历容器的元素。

语法

<ContainerType> :: iterator;
<ContainerType> :: const_iterator;

在迭代器上执行的操作：

运算符(*)： '*'运算符返回迭代器指向的当前位置的元素。
运算符(++)： '++'运算符将迭代器增加一个位置。因此，迭代器指向容器的下一个元素。
运算符(==)和运算符(!=)： 这两个运算符用于确定两个迭代器是否指向相同的位置。
运算符(=)： '='运算符用于赋值迭代器。

迭代器与指针之间的区别

迭代器可以是智能指针，允许在复杂数据结构上进行迭代。容器提供其迭代器类型。因此，我们可以说迭代器具有不同容器类型的公共接口。

容器类提供两个基本成员函数，允许在容器的元素之间进行迭代或移动：

begin()： begin()函数返回一个指向容器第一个元素的迭代器。
end()： end()函数返回一个指向容器最后一个元素的下一个位置的迭代器。

让我们看一个简单的例子：

#include <iostream> 
#include <iterator> 
#include <vector> 
using namespace std; 

int main() 
{ 
  std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5}; 
  vector<int>::iterator itr; 
  for (itr = v.begin(); itr != v.end(); itr++) 
  { 
    std::cout << *itr << " "; 
  } 
  return 0; 
}

输出：

1 2 3 4 5

迭代器类别

迭代器可以分为以下几种类型：

输入迭代器
输出迭代器
前向迭代器
双向迭代器
随机访问迭代器

输入迭代器： 输入迭代器用于访问容器中的元素，但它不会修改容器的值。

用于输入迭代器的运算符：

递增运算符（++）
等号运算符（==）
不等号运算符（!=）
解引用运算符（*）

输出迭代器： 输出迭代器用于修改容器的值，但不会从容器中读取值。因此，我们可以说输出迭代器是只写迭代器。

用于输出迭代器的运算符：

递增运算符（++）
赋值运算符（=）

前向迭代器： 前向迭代器用于读取和写入容器。它是多通道迭代器。

用于前向迭代器的运算符：

递增运算符（++）
赋值运算符（=）
等号运算符（=）
不等号运算符（!=）

双向迭代器： 双向迭代器支持所有前向迭代器的特性，另外还增加了一个特性，即递减运算符（--）。我们可以通过递减迭代器向后移动。

用于双向迭代器的运算符：

递增运算符（++）
赋值运算符（=）
等号运算符（=）
不等号运算符（!=）
递减运算符（--）

随机访问迭代器： 随机访问迭代器提供对任意位置的元素进行随机访问的能力。它具有所有双向迭代器的特性，另外还增加了指针加法和指针减法的特性，以提供对元素的随机访问。

迭代器提供者

迭代器类别	提供者
输入迭代器	istream
输出迭代器	ostream
前向迭代器
双向迭代器	List, set, multiset, map, multimap
随机访问迭代器	Vector, deque, array

Iterators和它们的特性

迭代器	访问方式	移动方向	读写能力
Input	线性	仅向前	只读
Output	线性	仅向前	只写
Forward	线性	仅向前	读/写
Bidirectional	线性	前后都可	读/写
Random	随机	前后都可	读/写

迭代器的缺点：

如果我们要同时在两个数据结构之间移动，迭代器不能工作。
如果我们要在迭代的过程中更新结构，迭代器也不能允许我们这样做，因为它存储了位置信息。
如果我们在处理列表时需要回溯，迭代器在这种情况下也无法工作。

迭代器的优点：

Ease in programming: 使用迭代器比使用下标操作符[]访问容器的元素更加方便。如果我们使用下标操作符[]来访问元素，则需要在运行时跟踪添加的元素数量，但使用迭代器则不需要。

让我们看一个简单的例子：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
    vector<int>::iterator itr;

    // 不使用迭代器遍历
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << v[i] << " ";
    }
    cout << '\n';

    // 使用迭代器遍历
    for (itr = v.begin(); itr != v.end(); itr++)
    {
        cout << *itr << " ";
    }

    v.push_back(10);

    cout << '\n';

    // 不使用迭代器遍历（容器大小增加后，使用下标操作可能会出错）
    for (int i = 0; i < 6; i++)
    {
        cout << v[i] << " ";
    }

    cout << '\n';

    // 使用迭代器遍历（容器大小增加后，迭代器仍有效）
    for (itr = v.begin(); itr != v.end(); itr++)
    {
        cout << *itr << " ";
    }

    return 0;
}

输出：

1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 10
1 2 3 4 5 10

在上面的例子中，我们可以观察到，如果我们在不使用迭代器的情况下遍历vector的元素，我们需要在运行时跟踪添加的元素数量。

Code Reusability: 使用迭代器可以重用代码。在上面的例子中，如果我们将vector替换为list，那么下标操作符[]将无法用于访问元素，因为list不支持随机访问。然而，使用迭代器则可以访问list的元素。
Dynamic Processing: C++迭代器提供了动态添加或删除数据的功能。