本文对 C++标准库中的迭代器。
目录
- [1 概述](#1 概述)
- [2 示例](#2 示例)
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- [2.1 显式使用](#2.1 显式使用)
- [2.2 隐式使用](#2.2 隐式使用)
- [3 类别](#3 类别)
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- [3.1 分类](#3.1 分类)
- [3.2 通用迭代器规则](#3.2 通用迭代器规则)
- [3.3 迭代器类别层级关系](#3.3 迭代器类别层级关系)
- [4 其他](#4 其他)
1 概述
迭代器是一种对象，
用于遍历 C++标准库容器内的元素，并访问其中单个元素。所有 C++标准库容器都提供迭代器，让通用算法可以用统一方式访问容器元素，无需关心底层容器的具体类型。你有两种使用迭代器的方式：
显式使用：调用成员函数 / 全局函数（如begin()和end()），通过运算符（++或--）前后移动迭代器；
隐式使用：通过范围 for 循环或（对于某些迭代器类型）下标运算符 \[\]；
标准库统一规则：在 C++标准库中，begin() 指向序列第一个元素；end() 永远指向最后一个元素的下一位；
全局函数 begin()、end() 可以获取任意容器的首尾迭代器；
2 示例
2.1 显式使用
典型显式迭代器循环访问容器中的所有元素，如下所示：
cpp
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec{ 0,1,2,3,4 };
for (auto it = begin(vec); it != end(vec); it++)
{
// Access element using dereference operator
std::cout << *it << " ";
}
}运行结果：
2.2 隐式使用
使用for循环更加简单的完成相同操作：
cpp
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec{ 0,1,2,3,4 };
for (auto num : vec)
{
// no dereference operator
std::cout << num << " ";
}
}运行结果：
3 类别
3.1 分类
迭代器分为五类，按功能从弱到强排序如下：
- 输出迭代器（Output）
- 输出迭代器 X 只能通过 ++ 向后遍历序列；
- 通过解引用 * 仅能对元素写入一次，不可重复读取 / 重复写入；
- 输入迭代器（Input）
- 输入迭代器 X 仅能用 ++ 向后遍历；
- 可通过 * 多次读取元素；
- 支持 ==、!= 运算符来比较输入迭代器；
- 一旦递增该迭代器的任意一份副本，其他所有副本都不能再安全地判等、解引用或自增；
- 前向迭代器（Forward）
- 前向迭代器完全具备输入迭代器能力，只能 ++ 向后遍历；
- 可无限次读取元素，对非 const 容器可无限次写入；
- 支持 -> 访问成员、== / != 比较；
- 可以拷贝多份迭代器副本，每份副本都能独立解引用、自增；
- 未绑定任何容器初始化的前向迭代器称为空前向迭代器，所有空前向迭代器互相相等；
- 双向迭代器（Bidirectional）
- 双向迭代器可完全替代前向迭代器；额外支持递减操作 --X、X--；
- 其余成员访问、比较规则和前向迭代器一致；
- 随机访问迭代器（Random access）
- 随机访问迭代器可完全替代双向迭代器；
- 下标运算符 \[\] 直接访问元素；
- +、-、+=、-= 一次性跳跃多个元素、计算迭代器间距；
- 支持完整大小比较：==、!=、<、> 、<=、>=。
| 类别 | 移动方向 | 核心限制 | 典型容器 |
|---|---|---|---|
| Output | 仅 ++ | 每个位置只能写1次，不可读 | ostream_iterator |
| Input | 仅 ++ | 自增后副本全部失效 | istream_iterator |
| Forward | 仅 ++ | 副本独立有效，可反复读写 | unordered_map / set |
| Bidirectional | ++ / -- | 可前后移动 | list / map / set |
| RandomAccess | 任意跳跃 | \[\]、± 数字、大小比较 | vector / deque / string / 数组指针 |
说明：
- Input 迭代器的致命限制
- 只要 it++，其他拷贝出来的迭代器全部报废，不能再用；而 Forward 迭代器无此限制，拷贝后互不干扰；
- 替换规则：强迭代器兼容弱迭代器
- 比如 sort 需要随机访问迭代器，list 只有双向迭代器，因此 list 不能用 std::sort，只能用自身成员 sort。
- 裸指针 = 随机访问迭代器
- 数组指针可以传给所有标准算法，因为满足随机访问全部要求；
- 空迭代器（null forward iterator）
- 仅 Forward 及以上才有该概念，默认构造、未绑定容器的迭代器互等，但不能解引用；
3.2 通用迭代器规则
- 所有迭代器都支持
拷贝、赋值；- 迭代器是轻量对象，通常以值
传递 / 返回，而非引用；- 对有效迭代器执行上文所有操作都
不会抛出异常；
3.3 迭代器类别层级关系
注：箭头含义：右方可替代左方
- 只写场景（输出）
- 输出迭代器 → 前向迭代器 → 双向迭代器 → 随机访问迭代器
- 算法要求输出迭代器时，更强类型迭代器都能兼容使用，反之不行；
- 只读场景（输入）
- 输入迭代器 → 前向迭代器 → 双向迭代器 → 随机访问迭代器
- 输入迭代器是只读体系里最弱的一类；
- 读写均可场景
- 前向迭代器 → 双向迭代器 → 随机访问迭代器
4 其他
补充规则：
原生裸指针天然等价随机访问迭代器，根据读写权限，可充当任意一类迭代器；
非指针类型的自定义迭代器，必须提供 iterator_traits<Iterator> 所需内嵌成员类型，最简单实现方式是公有继承标准基类 std::iterator；
注意：理解每类迭代器的能力与限制，是看懂标准库容器、算法如何使用迭代器的关键。范围 for 循环可省去手动迭代器操作；
MSVC 提供带检查迭代器与调试迭代器，运行时拦截越界、非法迭代器操作；