STL中的神秘“指针”:迭代器

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文章目录

• 前言
• 什么是迭代器？
• [迭代器的分类(容器底层结构决定）](#迭代器的分类(容器底层结构决定）)
• • 迭代器在STL中的应用
• 自定义迭代器
• 总结

前言

今天我们将一起深入探讨C++中的一个重要概念------迭代器（Iterators）。在C++标准库中，迭代器是一种用于遍历容器元素的工具，它为我们提供了一种统一的访问容器内元素的方式，不论容器的类型如何。在本篇博客中，我们将从头开始学习迭代器的原理、分类以及它在STL中的实际应用。

什么是迭代器？

迭代器是一种抽象的数据类型，类似于指针 。它允许我们遍历并访问容器 （如向量、列表、映射等）中的元素，而无需了解容器内部的结构细节。迭代器的行为类似于指针，允许我们使用类似指针的语法（如解引用、自增等）来操作容器中的元素。

迭代器的分类(容器底层结构决定）

在C++中，迭代器被分为五个类别，每个类别具有不同的功能和限制。这五种迭代器分别为：

1. 输入迭代器（Input Iterators）：
   功能 ：只能读取容器中的元素，且只能使用一次。类似于只读的指针。
   特点 ：支持解引用（*）、自增（++）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。
   示例：常用于单向遍历容器元素，例如用于查找、遍历等操作。

2. 输出迭代器（Output Iterators）：
   功能 ：只能向容器中写入元素，也只能使用一次。类似于只写的指针。
   特点 ：支持解引用（*）、自增（++）等操作。
   示例：较少使用，用于特殊场景的数据写入。

3. 前向迭代器（Forward Iterators）：
   功能 ：可以读取和写入容器中的元素，且能够多次遍历容器。
   特点 ：支持解引用（*）、自增（++）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。
   示例：常用于单向遍历，可以遍历某个容器的所有元素。

4. 双向迭代器（Bidirectional Iterators）：
   功能 ：功能与前向迭代器类似，但支持自增（++）和自减（--）操作。
   特点 ：支持解引用（*）、自增（++）、自减（--）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作。
   示例：常用于双向遍历，可以在容器中前进和后退。

5. 随机访问迭代器（Random Access Iterators）：
   功能 ：功能最强大，支持所有迭代器操作，类似于指针的完整功能。
   特点 ：支持解引用（*）、自增（++）、自减（--）、相等性比较（==）和不等性比较（!=）等操作，还支持算术运算（+、-、+=、-=）、下标访问（[]）等。
   示例：具有最灵活的遍历能力，可以快速访问容器中的任意元素。

我们可以在不同的容器下看到他们的迭代器类型：

list:双向

vector:随机

set：双向：

forward_list:单向：

  在后面继承我们会学到，子类可以通过父类指针指向。上面介绍是是从父类开始介绍的，往下的都是继承上面的。所以我们再看算法库的时候要看清楚哪些能用，哪些不能用，我们以sort为例子：

这里的迭代器是随机迭代器，所以我们的vector可以使用，但是list是他的父类，不能指向，所以list不能使用该算法（算法库用的快排，而链表无法快排）

迭代器在STL中的应用

标准模板库（STL）是C++标准库中一个强大且高度模块化的部分。它提供了许多常用的数据结构和算法，其中的迭代器起到了至关重要的作用,他们是串通算法和容器的神奇指针。

STL中的容器（如vector、list、map等）都提供了自己的迭代器，让我们可以轻松遍历和操作其中的元素。

让我们以vector为例，看看如何使用迭代器遍历其中的元素：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用迭代器遍历容器
   vector<int>it1 = lt.begin();
	while (it1 != lt.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		it1++;
	}
	cout << endl;

	auto it2 = lt.begin();
	while(it2!=lt.end())
	{
		cout << *it2 << " ";
		it2++;
	}
	cout << endl;
    return 0;
}

当然，我们在访问list等其他容器的时候也是这样的。

自定义迭代器

除了使用STL提供的迭代器，我们还可以自定义迭代器，让我们的自定义数据结构也能够像容器一样使用范围-for循环等STL算法。自定义迭代器需要实现一系列的操作符重载，如*、++、--等，以及符合迭代器的五种类别要求。

总结

迭代器是C++标准库中一种非常重要的抽象概念，它为我们提供了一种统一的访问容器元素的方式，让我们无需了解容器内部的细节。通过使用迭代器，我们能够更加灵活地处理数据结构，从而更加高效地开发C++程序。希望通过本篇博客，读者们能够对C++迭代器有更深入的了解，并能在实际项目中灵活运用它们。

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