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C++ STL插入迭代器适配器(insert_iterator)

C++ STL反向迭代器》一节讲解了反向迭代器适配器的功能和用法,本节继续讲解 C++ STL 标准库提供的另一类型迭代器适配器,即插入迭代器适配器

插入迭代器适配器(insert_iterator),简称插入迭代器或者插入器,其功能就是向指定容器中插入元素。值得一提的是,根据插入位置的不同,C++ STL 标准库提供了 3 种插入迭代器,如表 1 所示。

表 1 C++ STL插入迭代器适配器种类
迭代器适配器 功能
back_insert_iterator 在指定容器的尾部插入新元素,但前提必须是提供有 push_back() 成员方法的容器(包括 vector、deque 和 list)。
front_insert_iterator 在指定容器的头部插入新元素,但前提必须是提供有 push_front() 成员方法的容器(包括 list、deque 和 forward_list)。
insert_iterator 在容器的指定位置之前插入新元素,前提是该容器必须提供有 insert() 成员方法。

接下来,将逐个对表 1 中这 3 种插入迭代器的用法做详细的讲解。

C++ STL back_insert_iterator迭代器

back_insert_iterator 迭代器可用于在指定容器的末尾处添加新元素。

需要注意的是,由于此类型迭代器的底层实现需要调用指定容器的 push_back() 成员方法,这就意味着,此类型迭代器并不适用于 STL 标准库中所有的容器,它只适用于包含 push_back() 成员方法的容器。

C++ STL 标准库中,提供有 push_back() 成员方法的容器包括 vector、deque 和 list。

另外,back_insert_iterator 迭代器定义在 <iterator> 头文件,并位于 std 命名空间中,因此在使用该类型迭代器之前,程序应包含如下语句:
#include <iterator>
using namespace std;

注意,第二行代码不是必需的,但如果不用,则程序中只要创建该类型的迭代器,就必须手动注明 std 命名空间(强烈建议初学者使用)。

和反向迭代器不同,back_insert_iterator 插入迭代器的定义方式仅有一种,其语法格式如下:

std::back_insert_iterator<Container> back_it (container);

其中,Container 用于指定插入的目标容器的类型;container 用于指定具体的目标容器。

举个例子:
//创建一个 vector 容器
std::vector<int> foo;
//创建一个可向 foo 容器尾部添加新元素的迭代器
std::back_insert_iterator< std::vector<int> > back_it(foo);

当然,如果程序中已经引入了 std 命名空间,则以上程序中所有的 std:: 都可以省略。

在此基础上,back_insert_iterator 迭代器模板类中还对赋值运算符(=)进行了重载,借助此运算符,我们可以直接将新元素插入到目标容器的尾部。例如:
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
    //创建一个 vector 容器
    std::vector<int> foo;
    //创建一个可向 foo 容器尾部添加新元素的迭代器
    std::back_insert_iterator< std::vector<int> > back_it(foo);
    //将 5 插入到 foo 的末尾
    back_it = 5;
    //将 4 插入到当前 foo 的末尾
    back_it = 4;
    //将 3 插入到当前 foo 的末尾
    back_it = 3;
    //将 6 插入到当前 foo 的末尾
    back_it = 6;
    //输出 foo 容器中的元素
    for (std::vector<int>::iterator it = foo.begin(); it != foo.end(); ++it)
        std::cout << *it << ' ';
    return 0;
}
程序执行结果为:

5 4 3 6

通过借助赋值运算符,我们依次将 5、4、3、6 插入到 foo 容器中的末尾。这里需要明确的是,每次插入新元素时,该元素都会插入到当前 foo 容器的末尾。换句话说,程序中 11-17 行的每个赋值语句,都可以分解为以下这 2 行代码:
//pos表示指向容器尾部的迭代器,value 表示要插入的元素
pos = foo.insert(pos,value);
++pos;
可以看到,每次将新元素插入到容器的末尾后,原本指向容器末尾的迭代器会后移一位,指向容器新的末尾。

除此之外,C++ STL 标准库为了方便用户创建 back_insert_iterator 类型的插入迭代器,提供了 back_inserter() 函数,其语法格式如下:

template <class Container>
    back_insert_iterator<Container> back_inserter (Container& x);

其中,Container 表示目标容器的类型。

显然在使用该函数时,只需要为其传递一个具体的容器(vector、deque 或者 list)做参数,此函数即可返回一个 back_insert_iterator 类型的插入迭代器。因此,上面程序中的第 9 行代码,可替换成如下语句:
std::back_insert_iterator< std::vector<int> > back_it = back_inserter(foo);
通过接收 back_inserter() 的返回值,我们也可以得到完全一样的 back_it 插入迭代器。

有关此类型迭代器的底层实现,C++ STL back_insert_iterator官方手册给出了具体的实现代码,有兴趣的读者可自行前往查看。

C++ STL front_insert_iterator迭代器

和 back_insert_iterator 正好相反,front_insert_iterator 迭代器的功能是向目标容器的头部插入新元素。

并且,由于此类型迭代器的底层实现需要借助目标容器的 push_front() 成员方法,这意味着,只有包含 push_front() 成员方法的容器才能使用该类型迭代器。

C++ STL 标准库中,提供有 push_front() 成员方法的容器,仅有 deque、list 和 forward_list。

另外,front_insert_iterator 迭代器定义在 <iterator> 头文件,并位于 std 命名空间中,因此在使用该类型迭代器之前,程序应包含如下语句:
#include <iterator>
using namespace std;
值得一提的是,定义 front_insert_iterator 迭代器的方式和 back_insert_iterator 完全相同,并且 C++ STL 标准库也提供了 front_inserter() 函数来快速创建该类型迭代器。

举个例子:
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <forward_list>
using namespace std;
int main() {
    //创建一个 forward_list 容器
    std::forward_list<int> foo;
    //创建一个前插入迭代器
    //std::front_insert_iterator< std::forward_list<int> > front_it(foo);
    std::front_insert_iterator< std::forward_list<int> > front_it = front_inserter(foo);
    //向 foo 容器的头部插入元素
    front_it = 5;
    front_it = 4;
    front_it = 3;
    front_it = 6;
    for (std::forward_list<int>::iterator it = foo.begin(); it != foo.end(); ++it)
        std::cout << *it << ' ';
    return 0;
}
程序执行结果为:

6 3 4 5

同样,C++ STL back_insert_iterator官方手册也给出了此类型迭代器底层实现的参考代码,有兴趣的读者可自行前往查看。

C++ STL insert_iterator迭代器

当需要向容器的任意位置插入元素时,就可以使用 insert_iterator 类型的迭代器。

需要说明的是,该类型迭代器的底层实现,需要调用目标容器的 insert() 成员方法。但幸运的是,STL 标准库中所有容器都提供有 insert() 成员方法,因此 insert_iterator 是唯一可用于关联式容器的插入迭代器。

和前 2 种插入迭代器一样,insert_iterator 迭代器也定义在 <iterator> 头文件,并位于 std 命名空间中,因此在使用该类型迭代器之前,程序应包含如下语句:
#include <iterator>
using namespace std;
不同之处在于,定义 insert_iterator 类型迭代器的语法格式如下:

std::insert_iterator<Container> insert_it (container,it);

其中,Container 表示目标容器的类型,参数 container 表示目标容器,而 it 是一个基础迭代器,表示新元素的插入位置。

和前 2 种插入迭代器相比,insert_iterator 迭代器除了定义时需要多传入一个参数,它们的用法完全相同。除此之外,C++ STL 标准库中还提供有 inserter() 函数,可以快速创建 insert_iterator 类型迭代器。

举个例子:
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <list>
using namespace std;
int main() {
    //初始化为 {5,5}
    std::list<int> foo(2,5);
    //定义一个基础迭代器,用于指定要插入新元素的位置
    std::list<int>::iterator it = ++foo.begin();
    //创建一个 insert_iterator 迭代器
    //std::insert_iterator< std::list<int> > insert_it(foo, it);
    std::insert_iterator< std::list<int> > insert_it = inserter(foo, it);
    //向 foo 容器中插入元素
    insert_it = 1;
    insert_it = 2;
    insert_it = 3;
    insert_it = 4;
    //输出 foo 容器存储的元素
    for (std::list<int>::iterator it = foo.begin(); it != foo.end(); ++it)
        std::cout << *it << ' ';
    return 0;
}
程序执行结果为:

5 1 2 3 4 5


需要注意的是,如果 insert_iterator 迭代器的目标容器为关联式容器,由于该类型容器内部会自行对存储的元素进行排序,因此我们指定的插入位置只起到一个提示的作用,即帮助关联式容器从指定位置开始,搜索正确的插入位置。但是,如果提示位置不正确,会使的插入操作的效率更加糟糕。

C++ STL insert_iterator官方手册中给出了此类型迭代器底层实现的参考代码,有兴趣的读者可自行前往查看。

总结

本节讲解了 3 种插入迭代器,虽然它们都可以借助重载的赋值运算符,实现向目标容器的指定位置插入新元素,但在实际应用中,它们通常和 copy() 函数连用,即作为 copy() 函数的第 3 个参数。

有关 copy() 函数的具体用法,由于不是本节重点,这里不再赘述,后续章节会做详细讲解。

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