C++中迭代器iterator的示例分析

這篇文章主要介紹C++中迭代器iterator的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

1.迭代器分類

要訪問順序容器和關聯容器中的元素，需要通過“迭代器（iterator）”進行。迭代器是一個變量，相當于容器和操縱容器的算法之間的中介。迭代器可以指向容器中的某個元素，通過迭代器就可以讀寫它指向的元素。從這一點上看，迭代器和指針類似。

迭代器按照定義方式分成以下四種。

1) 正向迭代器

定義：容器類名::iterator 迭代器名;

2) 常量正向迭代器

定義：容器類名::const_iterator 迭代器名;

3) 反向迭代器

定義：容器類名::reverse_iterator 迭代器名;

4) 常量反向迭代器

定義：容器類名::const_reverse_iterator 迭代器名;

2.迭代器用法示例

通過迭代器可以讀取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。通過非常量迭代器還能修改其指向的元素。

迭代器都可以進行++操作。反向迭代器和正向迭代器的區別在于：

（1）對正向迭代器進行++操作時，迭代器會指向容器中的后一個元素；

（2）而對反向迭代器進行++操作時，迭代器會指向容器中的前一個元素。

下面的程序演示了如何通過迭代器遍歷一個 vector 容器中的所有元素。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> vec;  //v是存放int類型變量的可變長數組，開始時沒有元素
                    //vector 容器有多個構造函數，如果用無參構造函數初始化，則容器一開始是空的。
    for (int n = 0; n<5; ++n)
        vec.push_back(n);  //push_back成員函數在vector容器尾部添加一個元素
    vector<int>::iterator i;  //定義正向迭代器
    
    //用迭代器遍歷容器
    for (i = vec.begin(); i != vec.end(); ++i) {  //用迭代器遍歷容器
    //begin()返回指向容器中第一個元素的迭代器。++i 使得 i 指向容器中的下一個元素。end()返回的不是指向最后一個元素的迭代器，而是指向最后一個元素后面的位置的迭代器，因此循環的終止條件是i != v.end()。
        cout << *i << " ";  //*i 就是迭代器i指向的元素
        *i *= 2;  //每個元素變為原來的2倍
    }
    cout << endl;
    
    //用反向迭代器遍歷容器
    for (vector<int>::reverse_iterator j = vec.rbegin(); j != vec.rend(); ++j)
    //rbegin()返回指向容器中最后一個元素的迭代器，rend()返回指向容器中第一個元素前面的位置的迭代器，因此本循環實際上是從后往前遍歷整個數組。
        cout << *j << " ";
    return 0;
}

程序的輸出結果是：
0 1 2 3 4
8 6 4 2 0

3.迭代器：++it 與 it++ 哪個好？

（1）前置返回一個引用，后置返回一個對象

int& operator++(){
	*this += 1;
	return *this;
}

（2）前置不會產生臨時對象，后置必須產生臨時對象，臨時對象會導致效率降低

int operator++(){
	int temp = *this; //記錄修改前的對象
	++*this;
	return temp;     //返回修改前的對象
}

第 10 行和第 16 行，寫++i、++j相比于寫i++、j++，程序的執行速度更快。回顧++被重載成前置和后置運算符的例子如下：

CDemo CDemo::operator++ ()

{ //前置++

++n;

return *this;

}

CDemo CDemo::operator ++(int k)

{ //后置++

CDemo tmp(*this); //記錄修改前的對象

n++;

return tmp; //返回修改前的對象

}

后置++要多生成一個局部對象 tmp，因此執行速度比前置的慢。同理，迭代器是一個對象，STL 在重載迭代器的++運算符時，后置形式也比前置形式慢。在次數很多的循環中，++i和i++可能就會造成運行時間上可觀的差別了。因此，本教程在前面特別提到，對循環控制變量i，要養成寫++i、不寫i++的習慣。

注意，容器適配器 stack、queue 和 priority_queue 沒有迭代器。容器適配器有一些成員函數，可以用來對元素進行訪問。

4.迭代器的功能分類

不同容器的迭代器，其功能強弱有所不同。容器的迭代器的功能強弱，決定了該容器是否支持 STL 中的某種算法。例如，排序算法需要通過隨機訪問迭代器來訪問容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

常用的迭代器按功能強弱分為輸入、輸出、正向、雙向、隨機訪問五種，這里只介紹常用的三種。

1.正向迭代器。假設 p 是一個正向迭代器，則 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，兩個正向迭代器可以互相賦值，還可以用==和!=運算符進行比較。

2.雙向迭代器。雙向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一個雙向迭代器，則–p和p–都是有定義的。–p使得 p 朝和++p相反的方向移動。

3.隨機訪問迭代器。隨機訪問迭代器具有雙向迭代器的全部功能。若 p 是一個隨機訪問迭代器，i 是一個整型變量或常量，則 p 還支持以下操作：

p+=i：使得 p 往后移動 i 個元素。

p-=i：使得 p 往前移動 i 個元素。

p+i：返回 p 后面第 i 個元素的迭代器。

p-i：返回 p 前面第 i 個元素的迭代器。

p[i]：返回 p 后面第 i 個元素的引用。

此外，兩個隨機訪問迭代器 p1、p2 還可以用 <、>、<=、>= 運算符進行比較。p1<p2的含義是：p1 經過若干次（至少一次）++操作后，就會等于 p2。其他比較方式的含義與此類似。

對于兩個隨機訪問迭代器 p1、p2，表達式p2-p1也是有定義的，其返回值是 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序號之差（也可以說是 p2 和 p1 之間的元素個數減一）。

表1所示為不同容器的迭代器的功能。

例如，vector 的迭代器是隨機迭代器，因此遍歷 vector 容器有以下幾種做法。下面的程序中，每個循環演示了一種做法。

【實例】遍歷 vector 容器。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v(100); //v被初始化成有100個元素
    for(int i = 0;i < v.size() ; ++i) //size返回元素個數
        cout << v[i]; //像普通數組一樣使用vector容器
    vector<int>::iterator i;
    for(i = v.begin(); i != v.end (); ++i) //用 != 比較兩個迭代器
        cout << * i;
    for(i = v.begin(); i < v.end ();++i) //用 < 比較兩個迭代器
        cout << * i;
    i = v.begin();
    while(i < v.end()) { //間隔一個輸出
        cout << * i;
        i += 2; // 隨機訪問迭代器支持 "+= 整數"  的操作
    }
}

list 容器的迭代器是雙向迭代器。假設 v 和 i 的定義如下：

list<int> v;
list<int>::const_iterator i;

則以下代碼是合法的：

for(i=v.begin(); i!=v.end(); ++i)
cout << *i;

以下代碼則不合法：

for(i=v.begin(); i<v.end(); ++i)
cout << *i;

因為雙向迭代器不支持用“<”進行比較。以下代碼也不合法：

for(int i=0; i<v.size(); ++i)
cout << v[i];

因為 list 不支持隨機訪問迭代器的容器，也不支持用下標隨機訪問其元素。

在 C++ 中，數組也是容器。數組的迭代器就是指針，而且是隨機訪問迭代器。例如，對于數組 int a[10]，int * 類型的指針就是其迭代器。則 a、a+1、a+2 都是 a 的迭代器。

5.迭代器的輔助函數

STL 中有用于操作迭代器的三個函數模板，它們是：

advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移動 n 個元素。

distance(p, q)：計算兩個迭代器之間的距離，即迭代器 p 經過多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果調用時 p 已經指向 q 的后面，則這個函數會陷入死循環。

iter_swap(p, q)：用于交換兩個迭代器 p、q 指向的值。

要使用上述模板，需要包含頭文件 algorithm。下面的程序演示了這三個函數模板的 用法。

#include <list>
#include <iostream>
#include <algorithm> //要使用操作迭代器的函數模板，需要包含此文件
using namespace std;
int main()
{
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    list <int> lst(a, a+5);
    list <int>::iterator p = lst.begin();
    advance(p, 2);  //p向后移動兩個元素，指向3
    cout << "1)" << *p << endl;  //輸出 1)3
    advance(p, -1);  //p向前移動一個元素，指向2
    cout << "2)" << *p << endl;  //輸出 2)2
    list<int>::iterator q = lst.end();
    q--;  //q 指向 5
    cout << "3)" << distance(p, q) << endl;  //輸出 3)3
    iter_swap(p, q); //交換 2 和 5
    cout << "4)";
    for (p = lst.begin(); p != lst.end(); ++p)
        cout << *p << " ";
    return 0;
}

程序的輸出結果是：

3231 5 3 4 2

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