学而时习之：C++中的标准模板4

煤球王子2025-12-05 18:46

C++ STL 中的迭代器

迭代器是一种行为类似指针的对象，用于遍历和访问容器中的元素。

  • 可以在不暴露容器内部结构的情况下进行遍历。
  • 支持独立于容器的算法，如 sort()、count()、find() 等。
  • 类型包括：输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器。
  • 声明方式：container_type::iterator it; 或 auto it = container.begin();。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40};

    // 使用迭代器遍历 vector
    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it){
        cout << *it << " "; 
    }
    return 0;
}
复制代码 
10 20 30 40

容器迭代器函数

STL 容器提供一系列返回迭代器的成员函数。 这些迭代器通常指向容器的首尾元素。 绝大多数 STL 容器都支持这些函数；stack、queue 等访问受限的容器除外。为保持统一，各容器中的函数名称完全一致。

容器返回迭代器的常用方法如下：

函数 说明
begin() 返回指向容器首元素的正向迭代器。
end() 返回指向容器尾元素之后位置的正向迭代器。
cbegin() 返回指向容器首元素的常量正向迭代器，不可修改元素值。
cend() 返回指向容器尾元素之后 位置的常量正向迭代器。
rbegin() 返回指向容器首元素的反向迭代器（实际指向最后一个元素）。
rend() 返回指向容器尾元素之前 位置的反向迭代器。
crbegin() 返回指向容器首元素的常量反向迭代器。
crend() 返回指向容器尾元素之前 位置的常量反向迭代器。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 正向迭代
    cout << "Forward iteration: ";
    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 只读正向迭代
    cout << "Forward (read-only) iteration: ";
    for (auto it = vec.cbegin(); it != vec.cend(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 反向迭代
    cout << "Reverse iteration: ";
    for (auto it = vec.rbegin(); it != vec.rend(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}
yaml 复制代码 
Forward iteration: 10 20 30 40 50 
Forward (read-only) iteration: 10 20 30 40 50 
Reverse iteration: 50 40 30 20 10

迭代器操作

与指针算术类似，C++ 迭代器也支持一些操作，这些操作增强了迭代器的重要性。C++ 中共有 5 种有效的迭代器操作：

1. 解引用（Dereferencing）

解引用操作允许用户访问或修改迭代器所指向元素的值。与指针一样，使用 * 间接运算符进行解引用。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40};

    // 迭代器指向首元素
    auto it = v.begin();

    // 解引用访问值
    cout << "First element: " << *it << endl;

    // 解引用修改值
    *it = 100;

    // 输出修改后的首元素
    cout << "Updated first element: " << *it << endl;

    return 0;
}
sql 复制代码 
First element: 10
Updated first element: 100

2.迭代器的自增/自减操作

我们可以使用 ++ 或 -- 运算符分别将迭代器向前或向后移动一个位置。

  • 自增（++）操作将迭代器指向容器中的下一个元素；
  • 自减（--）操作将迭代器指向前一个元素。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 迭代器指向起始位置
    auto it = v.begin();

    // 自增，移动到下一个元素
    ++it;
    cout << "After increment: " << *it << endl;

    // 自减，回到前一个元素
    --it;
    cout << "After decrement: " << *it << endl;

    return 0;
}
yaml 复制代码 
After increment: 20
After decrement: 10

3.给迭代器加减整数

只有随机访问迭代器 （如 vector、deque 的迭代器）才支持给迭代器加上或减去一个整数，从而一次性向前或向后跳跃多个位置。
list、set、map 等容器的迭代器不支持这种算术运算。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 迭代器指向起始位置
    auto it = v.begin();

    // 向前移动 2 个位置
    it = it + 2;
    cout << "Element after moving forward by 2: " << *it << endl;

    // 向后移动 1 个位置
    it = it - 1;
    cout << "Element after moving backward by 1: " << *it << endl;

    return 0;
}
csharp 复制代码 
Element after moving forward by 2: 30
Element after moving backward by 1: 20

4.迭代器相减

我们可以将一个迭代器减去另一个迭代器，从而得到它们之间相隔的元素个数（即距离）。

该操作同样仅适用于随机访问迭代器 （如 vector、deque）。

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 定义两个迭代器
    auto it1 = v.begin();      // 指向 10
    auto it2 = v.begin() + 3;  // 指向 40

    // 计算两者之间的距离
    cout << "Distance between it1 and it2: " << it2 - it1 << endl;

    return 0;
}
sql 复制代码 
Distance between it1 and it2: 3

5.迭代器比较

我们可以对同一个容器 的两个迭代器进行关系比较，以判断它们的相对位置。

可用的运算符包括：==、!=、<、>、<=、>=。

（同样，这些比较操作要求迭代器至少是随机访问迭代器 或双向迭代器。）

示例代码：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40};

    // 定义两个迭代器
    auto it1 = v.begin();      // 指向 10
    auto it2 = v.begin() + 2;  // 指向 30

    // 比较迭代器
    if (it1 != it2)
    {
        cout << "Iterators point to different elements." << endl;
    }

    if (it1 < it2)
    {
        cout << "it1 comes before it2 in the vector." << endl;
    }

    return 0;
}
arduino 复制代码 
Iterators point to different elements.
it1 comes before it2 in the vector.

C++ 迭代器类型

STL 中的迭代器可按"允许执行的操作"进行分类：

  1. 输入迭代器（Input Iterator）

    只能顺序读取容器元素（单向一次遍历）。

    支持容器如 istream_iterator；

    支持运算符：*、++、==、!=。

  2. 输出迭代器（Output Iterator）

    只能顺序写入容器元素（单向一次遍历）。

    支持容器如 ostream_iterator；

    支持运算符：*、++。

  3. 前向迭代器（Forward Iterator）

    可读写 元素，并允许多次遍历。

    支持容器如 forward_list、unordered_set、unordered_map；

    支持运算符：*、++、==、!=。

  4. 双向迭代器（Bidirectional Iterator）

    可在容器中前后双向移动。

    支持容器如 list、set、map、multiset、multimap；

    支持运算符：*、++、--、==、!=。

  5. 随机访问迭代器（Random Access Iterator）

    可使用算术运算自由跳转到任意位置。

    支持容器如 vector、deque、array；

    支持运算符： *、++、--、+、-、[]、<、>、<=、>=。

迭代器适配器

C++ 中的迭代器适配器是一种基于传统迭代器构建的特殊迭代器，用于提供专门的功能。常见的迭代器适配器如下：

迭代器适配器类型 说明
反向迭代器（Reverse Iterator） 基于双向或更高级迭代器构建，允许用户反向遍历容器。
流迭代器（Stream Iterators） 包括 istream_iterator 和 ostream_iterator，分别基于输入/输出迭代器构建，可把输入/输出流当作容器使用。
移动迭代器（Move Iterators） 在 STL 算法中引入移动语义 ，将源容器数据的所有权转移给目标容器，避免额外拷贝。
插入迭代器（Inserter Iterator） 允许在容器的指定位置插入元素。C++ 提供三种插入迭代器：
• back_insert_iterator：在容器尾部插入。
• front_insert_iterator：在容器头部插入。
• insert_iterator：在容器任意位置插入。
可通过 back_inserter()、front_inserter()、inserter() 函数创建。

C++ 迭代器工具函数

C++ STL 提供了一系列便捷函数，用于简化迭代器的使用。下表列出常用函数及其作用与语法：

函数 说明 语法
std::advance 将迭代器向前/向后移动指定距离 advance(it, n)
std::next 返回后移 n 位的新迭代器（原迭代器不变） next(it, n)
std::prev 返回前移 n 位的新迭代器（原迭代器不变） prev(it, n)
std::distance 计算两个迭代器之间的元素个数 distance(it1, it2)
std::begin 返回容器首元素的迭代器 begin(container)
std::end 返回容器尾后位置的迭代器 end(container)
std::rbegin 返回容器末元素的反向迭代器 rbegin(container)
std::rend 返回容器首前位置的反向迭代器 rend(container)
std::inserter 创建可在指定位置插入元素的插入迭代器 inserter(container, position)
std::back_inserter 创建可在容器末尾追加元素的插入迭代器 back_inserter(container)
std::front_inserter 创建可在容器开头插入元素的插入迭代器 front_inserter(container)

迭代器的应用及示例

在 C++ 中，迭代器在与 STL 容器和算法配合时被广泛使用。下面列出几种主要应用场景，并给出对应代码示例。

1. 遍历容器

最基本用途：利用 begin() 与 end() 获取首尾迭代器，不断自增直至两迭代器相等，即可完成整个容器的遍历。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main()
{
    set<int> s = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 获取起始迭代器
    auto it = s.begin();

    // 顺序遍历集合
    while (it != s.end()) {
        cout << *it << " ";  // 通过迭代器访问元素
        ++it;                // 移至下一元素
    }
    return 0;
}

10 20 30 40 50

说明：此方法适用于所有 STL 容器。

2. 反向遍历容器

借助反向迭代器，无需手动反转容器即可从尾到头遍历。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 反向迭代器指向末尾元素
    auto it = vec.rbegin();

    // 反向遍历向量
    while (it != vec.rend()) {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    return 0;
}

50 40 30 20 10

3. 容器无关的算法

迭代器让算法脱离具体容器类型，例如 std::sort()、std::find()、std::for_each() 等只需接收迭代器范围即可工作。

cpp 复制代码 
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <set>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec = {30, 10, 40, 10, 50};
    multiset<int> ms = {10, 30, 10, 20, 40, 10};

    // 统计 vector 与 multiset 中 10 的出现次数
    cout << "10s in Vector:   " << count(vec.begin(), vec.end(), 10) << endl;
    cout << "10s in Multiset: " << count(ms.begin(), ms.end(), 10) << endl;

    return 0;
}
yaml 复制代码 
10s in Vector:   2
10s in Multiset: 3
相关推荐
蓑衣夜行1 小时前
Qt QWebEngine 开启硬件加速注意事项
开发语言·c++·qt·web·qwebengine
EverestVIP2 小时前
C++中的mutable关键字如何使用
c++
黑客思维者2 小时前
智能配电系统用户敏感数据脱敏详细设计：从静态遮盖到动态策略
c++·python·嵌入式系统·数据脱敏·智能配电系统
GoWjw3 小时前
内存管理【3】
linux·服务器·c++·ubuntu
liulilittle4 小时前
C++ 并发双阶段队列设计原理与实现
linux·开发语言·c++·windows·算法·线程·并发
森G4 小时前
五、Linux字符设备驱动
linux·arm开发·c++·ubuntu
繁星蓝雨4 小时前
我与C++的故事（杂谈）
开发语言·c++
Queenie_Charlie5 小时前
和为k的连续区间
数据结构·c++·map
white-persist6 小时前
【攻防世界】reverse | Mysterious 详细题解 WP
c语言·开发语言·网络·汇编·c++·python·安全
热门推荐
01GitHub 镜像站点02React CVE-2025-55182漏洞排查与修复指南03【超详细教程】手把手教你从微软官网免费下载Windows 10官方原版ISO镜像（2025最新版）04UV安装并设置国内源05安娜的档案(Anna’s Archive) 镜像网站/国内最新可访问入口（持续更新）06BongoCat - 跨平台键盘猫动画工具07本地部署阿里最新开源的Z-Image08Linux下V2Ray安装配置指南09在VSCode配置Java开发环境的保姆级教程（适配各类AI编程IDE）10智能库存管理的需求预测模型：从业务痛点到落地代码的完整实践