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STL之迭代器（iterator）

news 来源：原创 2025/5/15 8:29:26

迭代器的基本概念

迭代器(iterator)模式又称为游标(Cursor)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。

迭代器产生原因(或者本质)

Iterator 类的访问方式就是把不同集合类的访问逻辑抽象出来，使得不用暴露集合内部的结构而达到循环遍历集合的效果。

迭代器的类型

输入迭代器 ( InputIterator ) 、输出迭代器 ( OutputIterator ) 、前向迭代器(ForwardIterator ) 、双向迭代器 ( BidirectionalIterator ) 、随机访问迭代器(RandomAccessIterator ) 。

每个迭代器类型对应的操作。

类别简写	输出 output	输入 input	前向 Forward	双向 Bidirection	随机 Random
读		=* p	=*p	=*p	=*p
访问		->	->	->	-> []
写	* p =		*p=	*p=	*p=
迭代	++	++	++	++/--	++/--/+/-/+=/-=
比较		==/!=	==/!=	==/!=	==/!=/</>/<=/>=

五种迭代器之间的关系图

为什么定义这么多迭代器

物尽其用，使得具体的操作使用具体类型的迭代器，避免迭代器的功能太大或者太小，导致使用起来不方便。每个容器及其对应的迭代器的类型图表如下：

容器	类内迭代器类别
vector	随机访问迭代器
deque	随机访问迭代器
list	双向迭代器
set	双向迭代器
multiset	双向迭代器
map	双向迭代器
multimap	双向迭代器
unordered_set	前向迭代器
unordered_multiset	前向迭代器
unordered_map	前向迭代器
unordered_multimap	前向迭代器

流迭代器

流迭代器是特殊的迭代器，可以将输入 / 输出流作为容器看待 ( 因为输入输出都有缓冲区的概念 ) 。因此，任何接受迭代器参数的算法都可以和流一起工作。关于流迭代器的模板形式：

#include <iterator>
template< class T,
        class CharT = char,
        class Traits = std::char_traits<CharT>,
        class Distance = std::ptrdiff_t
        > class istream_iterator
: public std::iterator<std::input_iterator_tag, T, Distance, const T*, const T&>;


template< class T,
        class CharT = char,
        class Traits = std::char_traits<CharT>,
        class Distance = std::ptrdiff_t
        > class istream_iterator;


template< class T,
        class CharT = char,
        class Traits = std::char_traits<CharT>
        > class ostream_iterator
: public std::iterator<std::output_iterator_tag, void, void, void, void>;


template< class T,
        class CharT = char,
        class Traits = std::char_traits<CharT>
        > class ostream_iterator;

以及两种流迭代器的构造函数

//输出流迭代器的构造函数
ostream_iterator(ostream_type& stream, const CharT* delim);
ostream_iterator(ostream_type& stream);


//输入流迭代器的构造函数
constexpr istream_iterator();
istream_iterator( istream_type& stream );
istream_iterator( const istream_iterator& other ) = default;

输入输出流迭代器的使用示例：

void test()
{
    vector<int> numbers{1, 2, 3, 4, 5};

    ostream_iterator<int> osi(cout, "\n");
    copy(numbers.begin(), numbers.end(), osi);
}

void test()
{
    vector<int> numbers;
    istream_iterator<int> isi(cin);

    //对于vector插入元素应该调用push_back
    //copy(isi, istream_iterator<int>(), numbers.begin());//这样写会有bug，可以思考一下什么原因
    copy(isi, istream_iterator<int>(), std::back_inserter(numbers));
    copy(numbers.begin(), numbers.end(), ostream_iterator<int>(cout, "\n"));
}

迭代器适配器

back _ inserter 是函数模板，该函数模板的返回类型是类模板 back _ insert _ iterator ，而类模板back _ i nsert _ iterator 底层调用了 push _ back 函数；

front _ inserter 是函数模板，该函数模板的返回类型是类模板 front _ insert _ iterator ，而类模板fron t _ insert _ iterator 底层调用了 push _ front 函数；

inserter 是函数模板，函数模板的返回类型是类模板 insert _ iterator ，而类模板insert_ iterator 底层调用了 insert 函数。

下面是三个函数模板的接口原型：

template< class Container >
std::back_insert_iterator<Container> back_inserter( Container& c );

template< class Container >
std::front_insert_iterator<Container> front_inserter( Container& c );

template< class Container >
std::insert_iterator<Container>
inserter( Container& c, typename Container::iterator i );

三者对应的可能实现如下：

template< class Container >
std::back_insert_iterator<Container> back_inserter( Container& c )
{
    return std::back_insert_iterator<Container>(c);
}

template< class Container >
std::front_insert_iterator<Container> front_inserter( Container& c )
{
    return std::front_insert_iterator<Container>(c);
}

template< class Container >
std::insert_iterator<Container>
inserter( Container& c, typename Container::iterator i )
{
    return std::insert_iterator<Container>(c, i);
}