C++STL的迭代器（iterator）

一、定义

迭代器是一种检查容器内元素并且遍历容器内元素的数据类型。

**【引用自：C++迭代器（iterator）_c++ iterator_NiUoW的博客-CSDN博客】**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。C++更趋向于使用迭代器而不是数组下标操作，因为标准库为每一种标准容器（如vector、map和list等）定义了一种迭代器类型，而只有少数容器（如vector）支持数组下标操作访问容器元素。可以通过迭代器指向你想访问容器的元素地址，通过*x打印出元素值。这和我们所熟知的指针极其类似。

C语言有指针，指针用起来十分灵活高效。C++语言有迭代器，迭代器相对于指针而言功能更为丰富。

vector，是数组实现的，也就是说，只要知道数组的首地址，就能访问到后面的元素。所以，我们可以通过访问vector的迭代器来遍历vector容器元素。

List，是链表实现的，我们知道，链表的元素都存储在一段不是连续的地址空间中。我们需要通过next指针来访问下一个元素。那么，我们也可以通过访问list的迭代器来实现遍历list容器元素。

由此可见，迭代器和容器是密不可分的、紧密相连的的关系。不同的容器，它们的迭代器也是不同的，但是它们的迭代器功能是一样的。假如没有迭代器，由于vector和list容器的存储特点，你需要两种算法去实现遍历vector和list容器的功能，复杂且低效。有了迭代器，遍历容器的效率会大大提高。

二、为什么要使用迭代器

使用STL（Standard Template Library）中的迭代器有以下几个好处：

统一的访问方式：STL的迭代器提供了一种统一的访问容器元素的方式，无论是数组、链表、集合还是映射，都可以通过相同的迭代器接口进行遍历和访问。这种统一性简化了代码的书写，并提高了代码的可读性和可维护性。
安全的访问操作：迭代器在设计上考虑了容器的边界情况，确保不会越界访问或访问非法内存引起崩溃。迭代器提供了递增、递减等操作符，使得在容器中前进或后退一个位置变得简单和安全。
灵活的遍历方式：迭代器支持正向遍历、反向遍历以及跳跃式遍历等方式，使得在不同的情况下选择合适的遍历方式变得方便。比如，可以使用反向迭代器从容器的末尾向前遍历，或者使用跳跃式迭代器按照一定规则跳过一些元素。
可算法化处理：STL提供了丰富的算法，如排序、查找、拷贝、删除等，这些算法可以直接操作迭代器，而不需要关心具体容器的实现。使用迭代器作为算法的参数，使得代码可复用性更强，可以将同一套算法应用于不同类型的容器。
可组合的操作：迭代器的操作是可以组合的，可以在不同的操作之间进行链式调用，形成更复杂的操作序列。这种可组合性使得代码更加灵活，可以根据需求自由组合和定制迭代器操作，实现更多样化的功能。

总之，STL中的迭代器提供了一种抽象的、统一的访问容器元素的方式，使得我们可以以一种通用的方式处理各种不同类型的容器。这样做可以提高代码的重用性、可读性和可维护性，同时还能够充分利用STL提供的丰富算法，简化开发过程并提高效率。

另一种解释：【取自C++STL之迭代器（iterator）详解_c++迭代器-CSDN博客】

(1) STL提供每种容器的实现原理各不相同，如果没有迭代器我们需要记住每一种容器中对象的访问方法，很显然这样会变得非常麻烦。

(2) 每个容器中都实现了一个迭代器用于对容器中对象的访问，虽然每个容器中的迭代器的实现方式不一样，但是对于用户来说操作方法是一致的，也就说通过迭代器统一了对所有容器的访问方式。

(3) 迭代器的使用可以提高编程的效率。

三、迭代器的使用

3.1 基本使用方法

(1) 首先要定义一个迭代器类型变量（这里以vector容器为例）。

定义方法如下：容器类名::iterator 迭代器名;

如要定义vector容器的迭代器：vector<int>::iterator iter;(这里的iter是变量名，可以自定义)
(2) 接下来要利用迭代器访问容器数据

先要了解几个成员函数，如下表所示。

|----------|-----------------------------------------------------------------------------|
| 成员函数 | 功能 |
| begin() | 返回指向容器中第一个元素的正向迭代器;如果是 const 类型容器，在该函数返回的是常量正向选代器。 |
| end() | 返回指向容器最后一个元素之后一个位置的正向迭代器，如果是 onst 类型容器，在该函数返回的是常量正向迭代器。此函数通常和 begin() 搭配使用。 |
| rbegin() | 返回指向最后一个元素的反向迭代器，如果是 const 类型容器，在该函数返回的是常量反向迭代器。 |
| rend() | 返回指向第一个元素之前一个位置的反向迭代器。如果是 const 类型容器，在该函数返回的是常量反向迭代器。此函数通常和 begin() 搭配使甲。 |

这里的 end()、rend() 函数要注意，不是指向容器最后一个元素 ，而是后一个位置（看图）

(3) 示例

cpp 复制代码

#include<iostream>
#include<vector>

int main() {
	std::vector <int> vec; // 定义向量对象vec
	vec.push_back(2);
	vec.push_back(3);
	vec.push_back(5);
	vec.push_back(9);
	// 至此，向量vec中包含四个元素，分别是2，3，5，9

	std::vector<int>::iterator iter; // 定义迭代器类型变量iter
	iter = vec.begin(); // 变量被赋值为指向第一个元素的迭代器
	std::cout << *iter << std::endl;
	iter++; // 可以用自增操作，让iter指向下一个元素
	std::cout << *iter << std::endl;
	iter = vec.begin() + 2; // 让iter指向容器中的第三个位置
	std::cout << *iter << std::endl;
}

输出结果：

2 3 5

注意：vector容器迭代器属于随机访问迭代器 ，可以一次移动多个位置，如iter=v1.begin()+2;

也可以用iter=iter+2;

3.2 容器数据的遍历

3.2.1 常见方法（正序遍历）

cpp 复制代码

for (auto it = container.begin(); it != container.end(); ++it) {
    // process element *it
}

3.2.2 常见方法（逆序遍历）

cpp 复制代码

for (auto it = container.rbegin(); it != container.rend(); ++it) {
    // process element *it
}

其中，auto是C++11的关键字，它可以自动推导迭代器类型。循环中，首先使用begin()函数获取容器起始位置的迭代器，然后每次使用递增运算符前进一个位置，直到迭代器等于end()函数返回的迭代器时结束循环。

3.2.3 注意问题

需要注意的是，在处理空容器或只有一个元素的容器时，begin()和end()函数返回的迭代器是相同的，因此在循环中不能使用!=运算符进行比较，而应该使用 < 或 > 运算符判断是否越界。

当一个容器为空或只有一个元素时，`begin()`和`end()`函数返回的迭代器是同一个位置，因此使用`!=`运算符进行比较可能会得到错误的结果。

对于空容器，`begin()`和`end()`函数都返回指向末尾的迭代器，因为没有元素可以遍历。这种情况下，应该直接判断迭代器是否等于末尾迭代器，如下所示：

cpp 复制代码

std::vector<int> v;
if (v.begin() == v.end()) {
    // 处理空容器的情况
}

对于只有一个元素的容器，`begin()`和`end()`函数虽然会返回不同的迭代器，但是它们指向的是同一个位置，即容器中唯一的元素。这种情况下，应该使用`<`或`>`运算符进行比较，如下所示：

cpp 复制代码

std::vector<int> v{1};
for (auto it = v.begin(); it < v.end(); ++it) { // 注意这里使用<
    std::cout << *it << std::endl;
}

同样地，在循环中也可以使用`>=`或`<=`运算符判断是否越界，但是更好的做法是使用标准库提供的迭代器判等函数`std::equal()`、`std::lexicographical_compare()`等，这些函数会自动处理空容器和只有一个元素的容器的情况，并提供更好的可读性和代码健壮性。

3.2.4 遍历应用示例

cpp 复制代码

#include<iostream>
#include<vector>

int main() {
	std::vector <int> vec; // 定义向量对象vec
	vec.push_back(2);
	vec.push_back(3);
	vec.push_back(5);
	vec.push_back(9);
	// 至此，向量vec中包含四个元素，分别是2，3，5，9

	// 遍历向量vec中的所有元素
	for (auto iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++) {
		std::cout << *iter << " ";
	}
	std:: cout << std::endl;
}

注意：上面说到end()函数是指向容器的最后一个元素的后一个位置，所以当迭代器指向最后的后一个位置时结束遍历，便可以访问所有容器元素。

输出结果：

2 3 5 9

四、不同容器的迭代器(iterator)的功能

vector 随机访问

deque 随机访问

list 双向

set / multiset 双向

map / multimap 双向

stack 不支持迭代器

queue 不支持迭代器

priority_queue 不支持迭代器

参考文献

C++STL之迭代器（iterator）详解_c++迭代器-CSDN博客
 C++迭代器（iterator）_c++ iterator_NiUoW的博客-CSDN博客
 关于迭代器失效的几种情况-CSDN博客（值得阅读）