C++ 頭文件系列(iterator)

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簡介

該頭文件圍繞迭代器展開，定義了一系列與迭代器有關的概念，但最最最重要的一點就是----它和其它容器一同完成了C++容器的Iterator設計形式。

Iterators are a generalization of pointers that allow a C++ program to work with different data structures(containers) in a uniform manner.

上述文字摘自C++14規范草案，簡而言之，迭代器就是對指針的一層封裝，提供了一致的接口。

運用迭代器有很多益處：

• 訪問數據內容，同時不暴露其外部構造，降低耦合性。
• 支持multiple traversal（即同時有多個遍歷發作）。
• 提供一致的訪問接口和多態遍歷（該多態為靜態多態，發作在編譯期）。

詳細請見設計形式。

迭代器類別

迭代器次要有5類（[iterator-class]代指該類迭代器支持的操作集）：

這裡有兩點需求特別闡明：

• multi-pass：它的意思是支持同時屢次個遍歷 （這個概念有待驗證）。
• 解援用：該操作是無限制的，只能呈現在賦值語句的右邊。

不好看出，這幾類迭代器有如下關系:

迭代器 與 指針

由於迭代器實踐上是指針的籠統，很多功用概念都是從指針身上“扒”上去的，所以它的語義跟指針是分歧的。

這意味著什麼呢？ 這意味著可以傳入指針作為迭代器， 由於指針上的操作集（遞增、遞加、算數運算等）是迭代器的超集，模版定義對迭代器所做出的操作要求放在指針上完全適用。

這在操縱內置數組的時分，可以省去不少費事(不必再去敲多余的代碼來生成iterators)：

int numbers[] = { 1,2,3,4 };
std::find(numbers, numbers + 4, 2); 

迭代器根底設備

規范庫提供了以下4個方面的設備來協助用戶運用iterator。

iterator_traits類

“traits”是特性的意思，所以“iterator_traits”是迭代器特性的意思。 從代碼角度看，這裡的traits就是types，由於這個類只包括了五個類型定義：

• difference_type
• value_type
• reference

• pointer

• iterator_category

由於algorithm在C++是獨自的一塊，是iterator將容器與算法溝通在一同。 也就是說，規范庫的算法只是經過迭代器來停止數據操作。 必定而然的，一些操作需求有對應的類型： 1) 例如，使用distance庫函數計算迭代器的間隔，應該前往“間隔”類型的值。 2) 例如，獲取迭代器指向的對象，應該前往“對象值”類型的對象。 等等...

所以，規范庫的算法需求我們定義這些類型，好讓它在使用算法的時分運用正確的類型。

需求留意的是，當迭代器為output iterators時，下面的4個類型能夠被定義為void（能夠關於output iterator來說，這四個類型都沒有多粗心義，它支持的操作十分無限）。

iterator類

下面這個iterator_traits類取自某個庫的iterator完成，可以看到，默許的iterator_traits模版內的類型定義都取自迭代器中相應的類型，即_Iter迭代器類。 所以我們在定義自己的迭代器的時分，假如定義了這些類，就不必再顯示實例化iterator_traits模版了，它能自動提取出這些類型。

這時分就輪到我們的iterator類來大顯神通啦！ 用戶只需承繼這個base class並指定兩個參數，就可以取得剩余的三個類型定義，由於它的定義是這樣的：

iterator category tags

對應迭代器類別，這裡也有5類標簽（tag），稱號為XXX_tag，XXX對應迭代器稱號。

這個標簽的作用次要是完成標簽派發功用，提供迭代器類型信息，從而讓C++庫算法可以選擇適宜的、高效的操作來完成算法（可參見下一大節）。

iterator functions

頭文件還提供了一些方便的操縱迭代器的函數供用戶運用：

• advance（步進）
• distance（間隔）
• next（下一個）
• prev（上一個）：只支持雙向迭代器以上（由於單向迭代器不支持“--”操作符）。

關於不同類型的迭代器，上述四個函數采用不同的辦法停止計算，例如：

• 隨機訪問迭代器支持算數運算，故運用“+”和“-”操作符停止運算（若兩個迭代器辨別為first和last，則計算他們之間的間隔只需求last - first）。
• 單向迭代器只支持遞增運算，故運用++運算符停止運算（若兩個迭代器辨別為first和last，計算他們之間的間隔需求反復對first停止遞增，知道first == last）

迭代器適配器 類

規范庫包括了三種迭代器適配器：

1. Reverse iterator：這種迭代器對元素停止反向迭代。 留意，當從某個迭代器結構出reverse iterator時，新的迭代器不再指向先前的元素，而是指向前一個元素（按舊迭代器的順序），由於end iterator逆轉過去才是begin iterator。

1. Insert iterator：經過迭代器停止元素的拔出時，操作略有不同。 指針通常是指向已有的內存，因而迭代器普通也只是對指向地址的元素停止賦值；而拔出元素是需求先分配內存，再賦值。 為了能讓運用者像運用普通迭代器那樣停止元素的拔出，規范庫提供了3種拔出迭代器：

   • back_insert_iterator
   • front_insert_iterator
   • insert_iterator

2. Move iterator：挪動迭代器會將外部的迭代器的操作前往值全部轉換成右值（rvalue）。

生成函數（Generators）

• back_inserter
• front_inserter
• inserter
• make_move_inserter

這些都是全局模版函數，應用類型推導協助用戶結構上述的三種迭代器適配器。

流迭代器

輸出輸入不斷是言語十分重要的局部，關於C++迭代器來說，操縱流（stream）中數據的輸出輸入的重要性無須置疑。 Stream Iterator則是針對stream的一套迭代器，包括istream，ostream，istreambuf 和 ostreambuf。

以下兩種是input iterator：

• istream_iterator
• istreambuf_iterator

以下兩種是output iterator：

• ostream_iterator
• ostreambuf_iterator