迭代器的概念和分类

1 迭代器基本概念

迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。C++更趋向于使用迭代器而不是下标操作,因为标准库为每一种标准容(如vector)定义了一种迭代器类型,而只用少数容器(如vector)支持下标操作访问容器元素。

注意:不是所有的容器都有迭代器,比如 stack和queue

2 迭代器的分类

2.1 迭代器分类

迭代器定义了常用的操作集,但有些迭代器具有比其他迭代器更强大的功能。例如ostream_iterator只支持自曾、解引用和复制运算,而vector容器提供的迭代器除了这些运算,还支持自减、关系和算数运算。因此,迭代器可根据所提供的操作集进行分类。类似地,还可根据算法要求它的迭代器提供什么类型的操作,对算法分类。有一些算法,例如 find,只要求迭代器提供读取所指向内容和自增的功能。另一些算法,,比如 sort,则要求其迭代器有读、写和随机访问元素的能力。算法要求的迭代器操作分为五个类别。

Input iterator(输入迭代器) 读,不能写 只支持自增运算
Output iterator(输出迭代器) ; 写,不能读 只支持自增运算
Forward iterator(前向迭代器)  读和写; 只支持自增运算
Bidirectional iterator(双向迭代器) ; 读和写 支持自增和自减运算
Random access iterator(随机访问迭代器)  读和写; 支持完整的迭代器算术运

2.2 输入迭代器

输入迭代器可用于读取容器中的元素,但是不保证能支持容器的写入操作。输入迭代器必须至少提供下列支持:

  • 相等和不等操作符(==,!=),比较两个迭代器
  • 前置和后置的自增运算(++)使迭代器向前递进指向下一个元素
  • 用于读取元素的解引用操作符(*),此操作符只能出现在赋值运算的右操作数上
  • 箭头操作符(->),这是 (*it).member 的同义语,也就是说,对迭代器进行解引用来获取其所关联的对象的成员。输入迭代器只能顺序使用,一旦输入迭代器自增了,就无法再用它检查之前的元素;要求在这个层次上提供支持的泛型算法包括 find 和accumulate;标准库 istream_iterator 类型输入迭代器

2.2 输出迭代器

输出迭代器可视为与输入迭代器功能互补的迭代器,输出迭代器可用于向容器写入元素,但是不保证能支持读取容器内容,输出迭代器要求:

  • 前置和后置的自增运算(++),使迭代器向前递进指向下一个元素
  • 解引用操作符(*),引操作符只能出现在赋值运算的左操作数上,给解引用的输出迭代器赋值,将对该迭代器所指向的元素做写入操作,输出迭代器可以要求每个迭代器的值必须正好写入一次,使用输出迭代器时,对于指定的迭代器值应该使用一次 * 运算,而且只能用一次
  • 输出迭代器一般用作算法的第三个实参,标记起始写入的位置。例如,copy 算法使用一个输出迭代器作为它的第三个实参,将输入范围内的元素复制到输出迭代器指定的目标位置。标准库 ostream_iterator 类型输出迭代器

2.3  前向迭代器

前向迭代器用于读写指定的容器,这类迭代器只会以一个方向遍历序列,前向迭代器支持输入迭代器和输出迭代器提供的所有操作;除此之外,还支持对同一个元素的多次读写,可复制前向迭代器来记录序列中的一个位置,以便将来返回此处

2.4 双向迭代器

双向迭代器从两个方向读写容器;除了提供前向迭代器的全部操作之外,双向迭代器还提供前置和后置的自减运算(--);所有标准库容器提供的迭代器都至少达到双向迭代器的要求

2.5  随机访问迭代器

随机访问迭代器提供在常量时间内访问容器任意位置的功能,这种迭代器除了支持双向迭代器的所有功能之外,还支持下面的操作:

  • 关系操作符 <、<=、> 和 >=,比较两个迭代器的相对位置
  • 迭代器与整型数值 n 之间的加法和减法操作符 +、+=、- 和 -=,结果是迭代器在容器中向前(或退回)n 个元素
  • 两个迭代器之间的减法操作符(--),得到两个迭代器间的距离
  • 下标操作符 iter[n],这是 *(iter + n) 的同义词。需要随机访问迭代器的泛型算法包括 sort 算法。vector、deque 和string 迭代器是随机访问迭代器,用作访问内置数组元素的指针也是随机访问迭代器
  • 除了输出迭代器,其他类别的迭代器形成了一个层次结构:需要低级类别迭代器的地方,可使用任意一种更高级的迭代器。对于需要输入迭代器的算法,可传递前向、双向或随机访问迭代器调用该算法。调用需要随机访问迭代器的算法时,必须传递随机访问迭代器。map、set 和 list 类型提供双向迭代器,而 string、vector 和 deque 容器上定义的迭代器都是随机访问迭代器都是随机访问迭代器,用作访问内置数组元素的指针也是随机访问迭代器。istream_iterator 是输入迭代器,而ostream_iterator 则是输出迭代器
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