C++迭代器

ZHA_1232023-08-20 8:25

C++迭代器

什么是迭代器

迭代器是一个变量，相当于容器和操纵容器的算法之间的中介 。迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以读写它指向的元素 。从这一点上看，迭代器和指针类似 。

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装。

迭代器的定义

迭代器按照定义方式分成以下四种。

  1. 正向迭代器，定义方法如下：
    以vector举例
csharp 复制代码 
//容器类名::iterator  迭代器名;
vector<int>::iterator it;
  1. 常量正向迭代器，定义方法如下：
csharp 复制代码 
//容器类名::const_iterator  迭代器名;
vector<int>::const_iterator it;
  1. 反向迭代器，定义方法如下：
csharp 复制代码 
//容器类名::reverse_iterator  迭代器名;
vector<int>::reverse_iterator rit;
  1. 常量反向迭代器，定义方法如下：
csharp 复制代码 
//容器类名::const_reverse_iterator  迭代器名;
vector<int>::const_reverse_iterator rit;

迭代器的使用

通过迭代器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。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。

迭代器都可以进行++操作。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。

接下来我们以 vector 为例来演示如何使用迭代器。

cpp 复制代码 
#include <vector>
using namespace std;
void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}

	// 使用反向迭代器进行遍历再打印
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	//auto rit = v.rbegin(); C++11支持
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;

	PrintVector(v);
	return 0;
}

程序运行结果：

迭代器的功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。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。例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

常用的迭代器按功能强弱分为输入、输出、正向、双向、随机访问五种，这里只介绍常用的三种。

  1. 正向迭代器。假设 p 是一个正向迭代器，则 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，两个正向迭代器可以互相赋值，还可以用==和!=运算符进行比较。

  2. 双向迭代器。双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一个双向迭代器，则--p和p--都是有定义的。--p使得 p 朝和++p相反的方向移动。

  3. 随机访问迭代器。随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 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。

迭代器失效问题

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装 ，比如：vector的迭代器就是原生态指针T * 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了 ，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作

  1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };

	auto it = v.begin();

	// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
	// v.resize(100, 8);

	// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
	// v.reserve(100);

	// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
	// v.insert(v.begin(), 0);
	// v.push_back(8);

	// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
	v.assign(100, 8);

	/*
	出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
   而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
   空间，而引起代码运行时崩溃。
	解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
   赋值即可。
	*/
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
  1. 指定位置元素的删除操作--erase
cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
	v.erase(pos);
	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
	return 0;
}
  1. 注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
cpp 复制代码 
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;
	auto it = v.begin();
	cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
	v.reserve(100);
	cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;

	// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
	// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
//程序输出：
//1 2 3 4 5
//扩容之前，vector的容量为: 5
//扩容之后，vector的容量为 : 100
//0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
	v.erase(it);

	cout << *it << endl;
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
//程序可以正常运行，并打印：
//4
//4 5

// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}
	for (auto e : v)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}
//========================================================
 使用第一组数据时，程序可以运行
//[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
//[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out
//1 3 5
//======================================================== =
 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
//[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ vim testVector.cpp
//[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
//[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out
//Segmentation fault
  1. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
cpp 复制代码 
#include <string>
void TestString()
{
	string s("hello");
	auto it = s.begin();
	// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
	// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
	// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
	//s.resize(20, '!');
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;
	it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		it = s.erase(it);
		// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
		// it位置的迭代器就失效了
		// s.erase(it);
		++it;
	}
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

反向迭代器的实现

反向迭代器实现的核心思想是借助迭代器适配 器，通过正向迭代器适配出反向迭代器 。

反向迭代器在设计时，为了最求极致的对称，rbegin() 指向最后一个有效元素的下一个位置，rend() 指向第一个有效元素（位置是与正向迭代器相反的）

具体实现(这里引入了多参数，通过对形参传递不同的对象，变换为不同属性的迭代器):

cpp 复制代码 
#pragma once

namespace zha123
{
	template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
	struct ReverseIterator
	{
		typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
		Iterator _cur;

		ReverseIterator(Iterator it)
			:_cur(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator tmp = _cur;
			--tmp;
			return *tmp;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(operator*());
		}

		Self& operator++()
		{
			--_cur;
			return *this;
		}

		Self& operator++(int)
		{
			Iterator tmp = cur;
			--_cur;
			return *tmp;
		}

		Self& operator--()
		{
			++_cur;
			return *this;
		}

		Self& operator--(int)
		{
			Iterator tmp = cur;
			++_cur;
			return *tmp;
		}

		bool operator!=(const Self& s)
		{
			return _cur != s._cur;
		}
	};
}

之后的list我们也会讲到多个模板参数的问题。

相关推荐
码猩1 分钟前
C# winform根据EXCEL匹配文件后将txt的图片分别下载到指定的文件夹里
开发语言·c#·excel
同勉共进1 分钟前
虚函数表里有什么？（三）——普通多继承下的虚函数表
c++·多继承·虚函数表·内存布局·rtti·non-virtual thunk·__vmi_class_type_info
Alt.97 分钟前
SpringMVC基础三（json）
java·开发语言
搬砖工程师Cola8 分钟前
＜C#＞在 C# .NET 中,使用 LoggerExtensions方法创建日志
开发语言·c#·.net
小学生搞程序23 分钟前
学习Python的优势体现在哪些方面？
开发语言·python·学习
yezipi耶不耶24 分钟前
Rust入门之迭代器（Iterators）
开发语言·后端·rust
Yolo566Q27 分钟前
当气象水文遇见R语言——破解时空数据的“达芬奇密码“
开发语言·r语言
李匠202433 分钟前
C++学习之工厂模式-套接字通信
c++·学习
freyazzr1 小时前
Leedcode刷题 | Day30_贪心算法04
数据结构·c++·算法·leetcode·贪心算法
weixin_493202631 小时前
R语言网状Meta分析---Meta回归（1）（基于gemtc）
开发语言·回归·r语言
热门推荐
01我决定放弃搞 Java 了02RAG 实践- Ollama+RagFlow 部署本地知识库03从零安装 LLaMA-Factory 微调 Qwen 大模型成功及所有的坑04Vue3 + TypeScript 的 Hooks 实用示例05DeepSeek RAGFlow构建本地知识库系统06如何在WPS和Word/Excel中直接使用DeepSeek功能07【WRF理论第十三期】详细介绍 Registry 的作用、结构和内容08汽车上的各种质量：整备质量、总质量、装载质量、簧上质量、簧下质量09DeepSeek各版本说明与优缺点分析10快刷每日面经😋