首页 > 编程笔记 > C++笔记 阅读:24

迭代器是什么,C++ STL迭代器(iterator)用法详解

无论是序列容器还是关联容器,最常做的操作无疑是遍历容器中存储的元素,而实现此操作,多数情况会选用“迭代器(iterator)”来实现。那么,迭代器到底是什么呢?

我们知道,尽管不同容器的内部结构各异,但它们本质上都是用来存储大量数据的,换句话说,都是一串能存储多个数据的存储单元。因此,诸如数据的排序、查找、求和等需要对数据进行遍历的操作方法应该是类似的。

既然类似,完全可以利用泛型技术,将它们设计成适用所有容器的通用算法,从而将容器和算法分离开。但实现此目的需要有一个类似中介的装置,它除了要具有对容器进行遍历读写数据的能力之外,还要能对外隐藏容器的内部差异,从而以统一的界面向算法传送数据。

这是泛型思维发展的必然结果,于是迭代器就产生了。简单来讲,迭代器和 C++指针非常类似,它可以是需要的任意类型,通过迭代器可以指向容器中的某个元素,如果需要,还可以对该元素进行读/写操作。

迭代器类别

STL 标准库为每一种标准容器定义了一种迭代器类型,这意味着,不同容器的迭代器也不同,其功能强弱也有所不同。

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。

常用的迭代器按功能强弱分为输入迭代器输出迭代器前向迭代器双向迭代器随机访问迭代器 5 种。本节主要介绍后面的这 3 种迭代器。

输入迭代器和输出迭代器比较特殊,它们不是把数组或容器当做操作对象,而是把输入流/输出流作为操作对象。有关这 2 个迭代器,我们会在后续章节做详细介绍。

1) 前向迭代器(forward iterator)
假设 p 是一个前向迭代器,则 p 支持 ++p,p++,*p 操作,还可以被复制或赋值,可以用 == 和 != 运算符进行比较。此外,两个正向迭代器可以互相赋值。

2) 双向迭代器(bidirectional iterator)
双向迭代器具有正向迭代器的全部功能,除此之外,假设 p 是一个双向迭代器,则还可以进行 --p 或者 p-- 操作(即一次向后移动一个位置)。

3) 随机访问迭代器(random access iterator)
随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。除此之外,假设 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。另外,表达式 p2-p1 也是有定义的,其返回值表示 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,是 C++ 11 标准中不同容器指定使用的迭代器类型。

表 1 不同容器的迭代器
容器 对应的迭代器类型
array 随机访问迭代器
vector 随机访问迭代器
deque 随机访问迭代器
list 双向迭代器
set / multiset 双向迭代器
map / multimap 双向迭代器
forward_list 前向迭代器
unordered_map / unordered_multimap 前向迭代器
unordered_set / unordered_multiset 前向迭代器
stack 不支持迭代器
queue 不支持迭代器

注意,容器适配器 stack 和 queue 没有迭代器,它们包含有一些成员函数,可以用来对元素进行访问。

迭代器的定义方式

尽管不同容器对应着不同类别的迭代器,但这些迭代器有着较为统一的定义方式,具体分为 4 种,如表 1 所示。

表 2 迭代器的 4 种定义方式
迭代器定义方式 具体格式
正向迭代器 容器类名::iterator  迭代器名;
常量正向迭代器 容器类名::const_iterator  迭代器名;
反向迭代器 容器类名::reverse_iterator  迭代器名;
常量反向迭代器 容器类名::const_reverse_iterator  迭代器名;

通过定义以上几种迭代器,就可以读取它指向的元素,*迭代器名就表示迭代器指向的元素。其中,常量迭代器和非常量迭代器的分别在于,通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。另外,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。

注意,以上 4 种定义迭代器的方式,并不是每个容器都适用。有一部分容器同时支持以上 4 种方式,比如 array、deque、vector;而有些容器只支持其中部分的定义方式,例如 forward_list 容器只支持定义正向迭代器,不支持定义反向迭代器。

具体容器支持定义迭代器的方式,讲具体容器时会详细说明。另外,读者也可以通过 C++ STL标准手册,查询具体容器迭代器支持的定义方式。


以上对迭代器做了很详细的介绍,下面就以 vector 容器为例,带领大家实际感受迭代器的用法和功能。通过前面的学习,vector 支持随机访问迭代器,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:
//遍历 vector 容器。
#include <iostream>
//需要引入 vector 头文件
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; //v被初始化成有10个元素
    cout << "第一种遍历方法:" << endl;
    //size返回元素个数
    for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
        cout << v[i] <<" "; //像普通数组一样使用vector容器
    //创建一个正向迭代器,当然,vector也支持其他 3 种定义迭代器的方式
    
       cout << endl << "第二种遍历方法:" << endl;
       vector<int>::iterator i;
    //用 != 比较两个迭代器
    for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i)
        cout << *i << " ";
    
       cout << endl << "第三种遍历方法:" << endl;
    for (i = v.begin(); i < v.end(); ++i) //用 < 比较两个迭代器
        cout << *i << " ";
   
       cout << endl << "第四种遍历方法:" << endl;
    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
    }
}
运行结果为:

第一种遍历方法:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第二种遍历方法:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第三种遍历方法:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第四种遍历方法:
1 3 5 7 9


再举一个例子,我们知道,list 容器的迭代器是双向迭代器。假设 v 和 i 的定义如下:
//创建一个 v list容器
list<int> v;
//创建一个常量正向迭代器,同样,list也支持其他三种定义迭代器的方式。
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,因为双向迭代器不支持用“<”进行比较:
for(i = v.begin(); i < v.end(); ++i)
    cout << *i;
以下代码也不合法,因为双向迭代器不支持用下标随机访问元素:
for(int i=0; i<v.size(); ++i)
    cout << v[i];

其实在 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。

C语言/C++交流群:664104694(我们会不定期在群内分享C/C++知识,上传C/C++资料)

编程帮,一个分享编程知识的公众号。跟着站长一起学习,每天都有进步。

通俗易懂,深入浅出,一篇文章只讲一个知识点。

文章不深奥,不需要钻研,在公交、在地铁、在厕所都可以阅读,随时随地涨姿势。

文章不涉及代码,不烧脑细胞,人人都可以学习。

当你决定关注「编程帮」,你已然超越了90%的程序员!

编程帮二维码
微信扫描二维码关注