STL中的神秘“指针”:迭代器

一时失言乱红尘 2024-04-26 11:00 63阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  前言
 *  什么是迭代器？
 *  迭代器的分类(容器底层结构决定）
 *   *  迭代器在STL中的应用
 *  自定义迭代器
 *  总结

## 前言 ##

今天我们将一起深入探讨C++中的一个重要概念——迭代器（Iterators）。在C++标准库中，迭代器是一种用于遍历容器元素的工具，它为我们提供了一种统一的访问容器内元素的方式，不论容器的类型如何。在本篇博客中，我们将从头开始学习迭代器的原理、分类以及它在STL中的实际应用。

## 什么是迭代器？ ##

迭代器是一种抽象的数据类型，**类似于指针**。它**允许我们遍历并访问容器**（如向量、列表、映射等）中的元素，而无需了解容器内部的结构细节。迭代器的行为**类似**于指针，允许我们使用类似指针的语法（如解引用、自增等）来操作容器中的元素。

## 迭代器的分类(容器底层结构决定） ##

在C++中，迭代器被分为五个类别，每个类别具有不同的功能和限制。这五种迭代器分别为：

1.  输入迭代器（Input Iterators）：  
    **功能**：只能读取容器中的元素，且只能使用一次。类似于只读的指针。  
    **特点**：支持解引用（\*）、自增（++）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。  
    **示例**：常用于单向遍历容器元素，例如用于查找、遍历等操作。
2.  输出迭代器（Output Iterators）：  
    **功能**：只能向容器中写入元素，也只能使用一次。类似于只写的指针。  
    **特点**：支持解引用（\*）、自增（++）等操作。  
    **示例**：较少使用，用于特殊场景的数据写入。
3.  前向迭代器（Forward Iterators）：  
    **功能**：可以读取和写入容器中的元素，且能够多次遍历容器。  
    **特点**：支持解引用（\*）、自增（++）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。  
    **示例**：常用于单向遍历，可以遍历某个容器的所有元素。
4.  双向迭代器（Bidirectional Iterators）：  
    **功能**：功能与前向迭代器类似，但支持自增（++）和自减（–）操作。  
    **特点**：支持解引用（\*）、自增（++）、自减（–）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。  
    **示例**：常用于双向遍历，可以在容器中前进和后退。
5.  随机访问迭代器（Random Access Iterators）：  
    **功能**：功能最强大，支持所有迭代器操作，类似于指针的完整功能。  
    **特点**：支持解引用（\*）、自增（++）、自减（–）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作，还支持算术运算（+、-、+=、-=）、下标访问（\[\]）等。  
    **示例**：具有最灵活的遍历能力，可以快速访问容器中的任意元素。

![在这里插入图片描述][563afb0c7f274cb3bdbefeba0fb48f43.png]  
  我们可以在不同的容器下看到他们的迭代器类型：

**list:双向**  
![在这里插入图片描述][ae41863cb06540d58e88de134c5a5339.png]  
**vector:随机**  
![在这里插入图片描述][7836cbea4ab14570b9a84213947f80e1.png]  
**set：双向：**  
![在这里插入图片描述][5a026a0a943b4d1ba2db4aaf419fc252.png]  
**forward\_list:单向：**

![在这里插入图片描述][9cf1e8efb2044fd4a95bb319645dd85e.png]  在后面继承我们会学到，子类可以通过父类指针指向。上面介绍是是从父类开始介绍的，往下的都是继承上面的。所以我们再看算法库的时候要看清楚哪些能用，哪些不能用，我们以sort为例子：  
![在这里插入图片描述][11a9fec8b5794f86a5477f9b3bcc9cfc.png]  
  这里的迭代器是随机迭代器，所以我们的vector可以使用，但是list是他的父类，不能指向，所以list不能使用该算法（算法库用的快排，而链表无法快排）

### 迭代器在STL中的应用 ###

标准模板库（STL）是C++标准库中一个强大且高度模块化的部分。它提供了许多常用的数据结构和算法，其中的迭代器起到了至关重要的作用,他们是串通算法和容器的神奇指针。  
![在这里插入图片描述][3642d5fe09a94b5095daadd815828f3b.png]

STL中的容器（如vector、list、map等）都提供了自己的迭代器，让我们可以轻松遍历和操作其中的元素。

让我们以vector为例，看看如何使用迭代器遍历其中的元素：

#include <iostream>
    #include <vector>
    
    int main() {
        
        std::vector<int> myVector = {
        1, 2, 3, 4, 5};
    
        // 使用迭代器遍历容器
       vector<int>it1 = lt.begin();
    	while (it1 != lt.end())
    	{
        
    		cout << *it1 << " ";
    		it1++;
    	}
    	cout << endl;
    
    	auto it2 = lt.begin();
    	while(it2!=lt.end())
    	{
        
    		cout << *it2 << " ";
    		it2++;
    	}
    	cout << endl;
        return 0;
    }

当然，我们在访问list等其他容器的时候也是这样的。

## 自定义迭代器 ##

除了使用STL提供的迭代器，我们还可以自定义迭代器，让我们的自定义数据结构也能够像容器一样使用范围-for循环等STL算法。自定义迭代器需要实现一系列的操作符重载，如\*、++、–等，以及符合迭代器的五种类别要求。

## 总结 ##

迭代器是C++标准库中一种非常重要的抽象概念，它为我们提供了一种统一的访问容器元素的方式，让我们无需了解容器内部的细节。通过使用迭代器，我们能够更加灵活地处理数据结构，从而更加高效地开发C++程序。希望通过本篇博客，读者们能够对C++迭代器有更深入的了解，并能在实际项目中灵活运用它们。

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