C++6（5补充）

1迭代器

要访问顺序容器和关联容器中的元素，需要通过“迭代器（iterator）”进行。迭代器是一个变量，相当于容器和操纵容器的算法之间的中介。迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以读写它指向的元素。从这一点上看，迭代器和指针类似。

迭代器按照定义方式分成以下四种。

1) 正向迭代器，定义方法如下：

容器类名::iterator 迭代器名;

2) 常量正向迭代器，定义方法如下：

容器类名::const_iterator 迭代器名;

3) 反向迭代器，定义方法如下：

容器类名::reverse_iterator 迭代器名;

4) 常量反向迭代器，定义方法如下：

容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;

迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：

对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；
而对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;  //v是存放int类型变量的可变长数组，开始时没有元素
    for (int n = 0; n<5; ++n)
        v.push_back(n);  //push_back成员函数在vector容器尾部添加一个元素
    vector<int>::iterator i;  //定义正向迭代器
    for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i) {  //用迭代器遍历容器
        cout << *i << " ";  //*i 就是迭代器i指向的元素
        *i *= 2;  //每个元素变为原来的2倍
    }
    cout << endl;
    //用反向迭代器遍历容器
    for (vector<int>::reverse_iterator j = v.rbegin(); j != v.rend(); ++j)
        cout << *j << " ";
    return 0;
}

程序的输出结果是：
0 1 2 3 4
8 6 4 2 0

vector<int> v;
    vector<int>::iterator pbegin = v.begin();

1. 迭代器(iterator)是一中检查容器内元素并遍历元素的数据类型。
(1) 每种容器类型都定义了自己的迭代器类型，如vector:

vector<int>::iterator iter;

这条语句定义了一个名为iter的变量，它的数据类型是由vector<int>定义的iterator类型。
(2) 使用迭代器读取vector中的每一个元素：

vector<int> ivec(10,1);
for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)
{
*iter=2; //使用 * 访问迭代器所指向的元素
}
const_iterator:
只能读取容器中的元素，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的区别
const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
*newiter=11; //可以修改指向容器的元素
//newiter++; //迭代器本身不能被修改

(3) iterator的算术操作：
iterator除了进行++,--操作，可以将iter+n,iter-n赋给一个新的iteraor对象。还可以使用一个iterator减去另外一个iterator.

const vector<int>::iterator newiter=ivec.begin();
vector<int>::iterator newiter2=ivec.end();
cout<<"
"<<newiter2-newiter;

一個很典型使用vector的STL程式:

#include <vector>
#include <iostream>
  
using namespace std;
 
int main() {
vector<int> ivec;
ivec.push_back(1);
ivec.push_back(2);
ivec.push_back(3);
ivec.push_back(4);
 
for(vector<int>::iterator iter = ivec.begin();1. iter != ivec.end(); ++iter)
cout << *iter << endl;
}

2. Iterator（迭代器）模式
一、概述
    Iterator（迭代器）模式又称Cursor（游标）模式，用于提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。或者这样说可能更容易理解：Iterator模式是运用于聚合对象的一种模式，通过运用该模式，使得我们可以在不知道对象内部表示的情况下，按照一定顺序（由iterator提供的方法）访问聚合对象中的各个元素。
    由于Iterator模式的以上特性：与聚合对象耦合，在一定程度上限制了它的广泛运用，一般仅用于底层聚合支持类，如STL的list、vector、stack等容器类及ostream_iterator等扩展iterator。
    根据STL中的分类，iterator包括：
Input Iterator：只能单步向前迭代元素，不允许修改由该类迭代器引用的元素。
Output Iterator：该类迭代器和Input Iterator极其相似，也只能单步向前迭代元素，不同的是该类迭代器对元素只有写的权力。
Forward Iterator：该类迭代器可以在一个正确的区间中进行读写操作，它拥有Input Iterator的所有特性，和Output Iterator的部分特性，以及单步向前迭代元素的能力。
Bidirectional Iterator：该类迭代器是在Forward Iterator的基础上提供了单步向后迭代元素的能力。
Random Access Iterator：该类迭代器能完成上面所有迭代器的工作，它自己独有的特性就是可以像指针那样进行算术计算，而不是仅仅只有单步向前或向后迭代。
    这五类迭代器的从属关系，如下图所示，其中箭头A→B表示，A是B的强化类型，这也说明了如果一个算法要求B，那么A也可以应用于其中。

input output
      /
forward
       |
bidirectional
       |
random access
图1、五种迭代器之间的关系
    vector 和deque提供的是RandomAccessIterator，list提供的是BidirectionalIterator，set和map提供的 iterators是 ForwardIterator，关于STL中iterator迭代器的操作如下：
说明：每种迭代器均可进行包括表中前一种迭代器可进行的操作。

二、结构
Iterator模式的结构如下图所示：

图2、Iterator模式类图示意
三、应用
    Iterator模式有三个重要的作用：
1）它支持以不同的方式遍历一个聚合.复杂的聚合可用多种方式进行遍历，如二叉树的遍历，可以采用前序、中序或后序遍历。迭代器模式使得改变遍历算法变得很容易: 仅需用一个不同的迭代器的实例代替原先的实例即可，你也可以自己定义迭代器的子类以支持新的遍历，或者可以在遍历中增加一些逻辑，如有条件的遍历等。
2）迭代器简化了聚合的接口. 有了迭代器的遍历接口，聚合本身就不再需要类似的遍历接口了，这样就简化了聚合的接口。
3）在同一个聚合上可以有多个遍历每个迭代器保持它自己的遍历状态，因此你可以同时进行多个遍历。
4）此外，Iterator模式可以为遍历不同的聚合结构（需拥有相同的基类）提供一个统一的接口，即支持多态迭代。
    简单说来，迭代器模式也是Delegate原则的一个应用，它将对集合进行遍历的功能封装成独立的Iterator，不但简化了集合的接口，也使得修改、增加遍历方式变得简单。从这一点讲，该模式与Bridge模式、Strategy模式有一定的相似性，但Iterator模式所讨论的问题与集合密切相关，造成在Iterator在实现上具有一定的特殊性，具体将在示例部分进行讨论。
四、优缺点
     正如前面所说，与集合密切相关，限制了 Iterator模式的广泛使用，就个人而言，我不大认同将Iterator作为模式提出的观点，但它又确实符合模式“经常出现的特定问题的解决方案”的特质，以至于我又不得不承认它是个模式。在一般的底层集合支持类中，我们往往不愿“避轻就重”将集合设计成集合 + Iterator 的形式，而是将遍历的功能直接交由集合完成，以免犯了“过度设计”的诟病，但是，如果我们的集合类确实需要支持多种遍历方式（仅此一点仍不一定需要考虑 Iterator模式，直接交由集合完成往往更方便），或者，为了与系统提供或使用的其它机制，如STL算法，保持一致时，Iterator模式才值得考虑。
五、举例
    可以考虑使用两种方式来实现Iterator模式：内嵌类或者友元类。通常迭代类需访问集合类中的内部数据结构，为此，可在集合类中设置迭代类为friend class，但这不利于添加新的迭代类，因为需要修改集合类，添加friend class语句。也可以在抽象迭代类中定义protected型的存取集合类内部数据的函数，这样迭代子类就可以访问集合类数据了，这种方式比较容易添加新的迭代方式，但这种方式也存在明显的缺点：这些函数只能用于特定聚合类，并且，不可避免造成代码更加复杂。
    STL的list::iterator、deque::iterator、rbtree::iterator等采用的都是外部Iterator类的形式，虽然STL的集合类的iterator分散在各个集合类中，但由于各Iterator类具有相同的基类，保持了相同的对外的接口（包括一些traits及tags等，感兴趣者请认真阅读参考1、2），从而使得它们看起来仍然像一个整体，同时也使得应用algorithm成为可能。我们如果要扩展STL的iterator，也需要注意这一点，否则，我们扩展的iterator将可能无法应用于各algorithm。
以下是一个遍历二叉树的Iterator的例子，为了方便支持多种遍历方式，并便于遍历方式的扩展，其中还使用了Strategy模式（见笔记21）：
（注：1、虽然下面这个示例是本系列所有示例中花费我时间最多的一个，但我不得不承认，它非常不完善，感兴趣的朋友，可以考虑参考下面的参考材料将其补充完善，或提出宝贵改进意见。2、我本想考虑将其封装成与STL风格一致的形式，使得我们遍历二叉树必须通过Iterator来进行，但由于二叉树在结构上较线性存储结构复杂，使访问必须通过Iterator来进行，但这不可避免使得BinaryTree的访问变得异常麻烦，在具体应用中还需要认真考虑。3、以下只提供了Inorder<中序>遍历iterator的实现。）

迭代器的功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

常用的迭代器按功能强弱分为输入、输出、正向、双向、随机访问五种，这里只介绍常用的三种。

1) 正向迭代器。假设 p 是一个正向迭代器，则 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，两个正向迭代器可以互相赋值，还可以用==和!=运算符进行比较。

2) 双向迭代器。双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一个双向迭代器，则--p和p--都是有定义的。--p使得 p 朝和++p相反的方向移动。

3) 随机访问迭代器。随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 p 是一个随机访问迭代器，i 是一个整型变量或常量，则 p 还支持以下操作：

p+=i：使得 p 往后移动 i 个元素。
p-=i：使得 p 往前移动 i 个元素。
p+i：返回 p 后面第 i 个元素的迭代器。
p-i：返回 p 前面第 i 个元素的迭代器。
p[i]：返回 p 后面第 i 个元素的引用。

此外，两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。p1<p2的含义是：p1 经过若干次（至少一次）++操作后，就会等于 p2。其他比较方式的含义与此类似。

对于两个随机访问迭代器 p1、p2，表达式p2-p1也是有定义的，其返回值是 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差（也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一）。

表1所示为不同容器的迭代器的功能。

表1：不同容器的迭代器的功能
容器	迭代器功能
vector	随机访问
deque	随机访问
list	双向
set / multiset	双向
map / multimap	双向
stack	不支持迭代器
queue	不支持迭代器
priority_queue	不支持迭代器

例如，vector 的迭代器是随机迭代器，因此遍历 vector 容器有以下几种做法。下面的程序中，每个循环演示了一种做法。

【实例】遍历 vector 容器。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v(100); //v被初始化成有100个元素
for(int i = 0;i < v.size() ; ++i) //size返回元素个数
cout << v[i]; //像普通数组一样使用vector容器
vector<int>::iterator i;
for(i = v.begin(); i != v.end (); ++i) //用 != 比较两个迭代器
cout << * i;
for(i = v.begin(); i < v.end ();++i) //用 < 比较两个迭代器
cout << * i;
i = v.begin();
while(i < v.end()) { //间隔一个输出
cout << * i;
i += 2; // 随机访问迭代器支持 "+= 整数" 的操作
}
}

list 容器的迭代器是双向迭代器。假设 v 和 i 的定义如下：

list<int> v;
list<int>::const_iterator i;

则以下代码是合法的：

for(i=v.begin(); i!=v.end(); ++i)
cout << *i;

以下代码则不合法：

for(i=v.begin(); i<v.end(); ++i)
cout << *i;

因为双向迭代器不支持用“<”进行比较。以下代码也不合法：

for(int i=0; i<v.size(); ++i)
cout << v[i];

因为 list 不支持随机访问迭代器的容器，也不支持用下标随机访问其元素。

在 C++ 中，数组也是容器。数组的迭代器就是指针，而且是随机访问迭代器。例如，对于数组 int a[10]，int * 类型的指针就是其迭代器。则 a、a+1、a+2 都是 a 的迭代器。

迭代器的辅助函数

STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板，它们是：

advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环。
iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。

要使用上述模板，需要包含头文件 algorithm。下面的程序演示了这三个函数模板的用法。

#include <list>
#include <iostream>
#include <algorithm> //要使用操作迭代器的函数模板，需要包含此文件
using namespace std;
int main()
{
int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
list <int> lst(a, a+5);
list <int>::iterator p = lst.begin();
advance(p, 2); //p向后移动两个元素，指向3
cout << "1)" << *p << endl; //输出 1)3
advance(p, -1); //p向前移动一个元素，指向2
cout << "2)" << *p << endl; //输出 2)2
list<int>::iterator q = lst.end();
q--; //q 指向 5
cout << "3)" << distance(p, q) << endl; //输出 3)3
iter_swap(p, q); //交换 2 和 5
cout << "4)";
for (p = lst.begin(); p != lst.end(); ++p)
cout << *p << " ";
return 0;
}

程序的输出结果是：
1) 3
2) 2
3) 3
4) 1 5 3 4 2

2指针总结

*一个指针等于内容

*一个变量等于指针

*一个指针再加.等于指针加—>都可以选属性

迭代器本质就是一个指针