深入理解C++迭代器：分类、操作与使用技巧
迭代器是C++中连接容器与算法的关键抽象，通过统一的接口实现高效、灵活的数据操作。理解迭代器的分类、操作、失效机制及适配器，是编写健壮STL代码的基础。
一、迭代器的定义
迭代器是一种对象，它提供了一种访问容器元素的方式，而无需暴露容器的内部实现。迭代器的行为类似于指针，但它是一个更高层次的抽象，支持多种容器类型（如数组、链表、树等）。
核心作用：
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提供统一接口遍历容器，无论容器类型如何。
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实现算法与容器的解耦，使算法可以通过迭代器操作容器。
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最重要的一点是迭代器是左闭右开区间，即最左边能取到，但是最右边取不到，换成数组也是一样的。
二、迭代器的分类
迭代器按功能分为五类（从弱到强）：
| 类型 | 功能描述 | 示例容器/迭代器 |
|---|---|---|
| 输入迭代器 | 只读，单次遍历（只能向前） | istream_iterator |
| 输出迭代器 | 只写，单次遍历 | ostream_iterator |
| 前向迭代器 | 可读写，支持多次向前遍历 | forward_list的迭代器 |
| 双向迭代器 | 可向前或向后遍历（++和--） | list、set、map |
| 随机访问迭代器 | 支持任意跳跃访问（+n、-n、<、[]等），时间复杂度为O(1) | vector、deque、array |
三、迭代器的运算符
迭代器通过运算符重载实现其功能。不同类别的迭代器支持的运算符不同：
| 运算符 | 功能描述 | 支持迭代器类型 |
|---|---|---|
*iter | 解引用，获取迭代器指向元素的引用 | 除输出迭代器外的所有类型 |
iter->member | 访问元素的成员（等价于(*iter).member） | 输入/前向/双向/随机访问 |
++iter / iter++ | 移动到下一个元素（前向移动） | 所有类型（除纯输出迭代器） |
--iter / iter-- | 移动到上一个元素（反向移动） | 双向/随机访问 |
iter1 == iter2 | 判断两个迭代器是否指向同一位置 | 所有类型 |
iter1 != iter2 | 判断两个迭代器是否指向不同位置 | 所有类型 |
iter + n / iter - n | 向前或向后移动n个位置（随机访问） | 随机访问 |
iter[n] | 访问距离当前迭代器n个位置的元素（等价于*(iter + n)） | 随机访问 |
<, >, <=, >= | 比较两个迭代器的位置顺序 | 随机访问 |
四、支持偏移量的迭代器
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支持偏移量的迭代器：
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只有随机访问迭代器支持直接加上或减去偏移量（如
it + 5、it - 3）。 -
典型容器：
std::vector、std::deque、std::array、原生数组。
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不支持偏移量的迭代器：
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双向迭代器（如
std::list、std::set、std::map）和前向迭代器（如std::forward_list）不支持直接加上偏移量。 -
可以使用
std::advance、std::next或std::prev来移动迭代器。
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示例代码：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <iterator> // 包含std::advance
int main() {
// 示例1：随机访问迭代器
std::vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};
auto vit = vec.begin();
vit = vit + 3; // 支持偏移量
std::cout << *vit << "\n"; // 输出: 40
// 示例2：双向迭代器
std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
auto lit = lst.begin();
std::advance(lit, 2); // 使用std::advance移动迭代器
std::cout << *lit << "\n"; // 输出: 3
return 0;
}五、迭代器适配器
迭代器适配器是对现有迭代器的封装，提供额外的功能：
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反向迭代器：
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从容器的末尾向开头遍历。
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4}; for (auto rit = vec.rbegin(); rit != vec.rend(); ++rit) { std::cout << *rit << " "; // 输出: 4 3 2 1 }
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插入迭代器：
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back_inserter：向容器尾部插入元素。 -
front_inserter：向容器头部插入元素。 -
inserter：向指定位置插入元素。std::vector<int> dest; std::copy(vec.begin(), vec.end(), std::back_inserter(dest));
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六、迭代器失效问题（特别注意）
某些容器操作可能导致迭代器失效：
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序列容器（如
vector、deque）：-
插入/删除元素可能使所有迭代器失效（内存重新分配）。
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链表容器（如
list）：-
插入不会使迭代器失效。
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删除仅使被删除元素的迭代器失效。
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关联容器（如
map、set）：-
插入不会失效。
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删除仅使被删除元素的迭代器失效。
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示例：删除vector中的偶数元素
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end();) {
if (*it % 2 == 0) {
it = vec.erase(it); // erase返回下一个有效迭代器
} else {
++it;
}
}七、迭代器的使用
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获取迭代器：
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begin()：指向第一个元素。 -
end()：指向最后一个元素的下一个位置（“尾后”位置）。 -
cbegin()、cend()：常量迭代器。 -
rbegin()、rend()：反向迭代器。
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遍历容器：
std::vector<int> vec = {1, 2, 3}; for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; } -
基于范围的for循环（C++11）：
for (const auto& val : vec) { std::cout << val << " "; }
八、迭代器的操作
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遍历：使用
++、--、*等运算符。 -
比较：使用
==、!=、<、>等运算符。 -
移动：使用
std::advance、std::next、std::prev。 -
插入/删除：使用
insert、erase等容器方法。