C++ STL迭代器（iterator）用法详解

无论是序列容器还是关联容器，最常做的操作无疑是遍历容器中存储的元素，而实现此操作，多数情况会选用“迭代器（iterator）”来实现。那么，迭代器到底是什么呢？

我们知道，尽管不同容器的内部结构各异，但它们本质上都是用来存储大量数据的，换句话说，都是一串能存储多个数据的存储单元。因此，诸如数据的排序、查找、求和等需要对数据进行遍历的操作方法应该是类似的。

既然类似，完全可以利用泛型技术，将它们设计成适用所有容器的通用算法，从而将容器和算法分离开。但实现此目的需要有一个类似中介的装置，它除了要具有对容器进行遍历读写数据的能力之外，还要能对外隐藏容器的内部差异，从而以统一的界面向算法传送数据。

这是泛型思维发展的必然结果，于是迭代器就产生了。简单来讲，迭代器和 C++ 的指针非常类似，它可以是需要的任意类型，通过迭代器可以指向容器中的某个元素，如果需要，还可以对该元素进行读/写操作。

迭代器类别

常用的迭代器按功能强弱分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器 。

  1. 前向迭代器（forward iterator）
    假设 p 是一个前向迭代器，则 p 支持 ++p，p++，*p 操作，还可以被复制或赋值，可以用 == 和 != 运算符进行比较。此外，两个正向迭代器可以互相赋值。
  2. 双向迭代器（bidirectional iterator）
    双向迭代器具有正向迭代器的全部功能，除此之外，假设 p 是一个双向迭代器，则还可以进行 --p 或者 p-- 操作（即一次向后移动一个位置）。
  3. 随机访问迭代器（random access iterator）
    随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。除此之外，假设 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。

此外，两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。另外，表达式 p2-p1 也是有定义的，其返回值表示 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差（也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一）。

C++ 11 标准中不同容器指定使用的迭代器类型：

容器

对应的迭代器类型

array

随机访问迭代器

vector

随机访问迭代器

deque

随机访问迭代器

list

双向迭代器

set / multiset

双向迭代器

map / multimap

双向迭代器

forward_list

前向迭代器

unordered_map / unordered_multimap

前向迭代器

unordered_set / unordered_multiset

前向迭代器

stack

不支持迭代器

queue

不支持迭代器

迭代器的定义方式

迭代器定义方式

具体格式

正向迭代器

容器类名::iterator 迭代器名;

常量正向迭代器

容器类名::const_iterator 迭代器名;

反向迭代器

容器类名::reverse_iterator 迭代器名;

常量反向迭代器

容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;

实例1

/*******************************************************************
 *   > File Name: vector-iterator.cpp
 *   > Create Time: 2021年09月27日 15:11:00
 ******************************************************************/
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    /* 创建一个向量容器v */
    vector<int> v{1, 2, 3, 4, 4, 6, 7, 8, 9, 10};
    cout << "1--------------" << endl;

    for(int i = 0; i< (int)v.size(); i++){
        cout << v[i] << " ";
    }

    cout << endl << "2--------------" << endl;
    vector<int>::iterator i; // 创建一个正向迭代器
    for(i = v.begin(); i != v.end(); i++){
        cout << *i << " ";
    }

    cout << endl << "3--------------" << endl;
    for(i = v.begin(); i < v.end(); i++){
        cout << *i << " ";
    }

    cout << endl << "4--------------" << endl;
    i = v.begin();
    while(i != v.end()){
        cout << *i << " ";
        i += 2;
    }

    return 0;
}

编译、运行：

PS E:\fly-prj\cplusplus\day20> .\vector-iterator.exe
1--------------
1 2 3 4 4 6 7 8 9 10
2--------------
1 2 3 4 4 6 7 8 9 10
3--------------
1 2 3 4 4 6 7 8 9 10
4--------------
1 3 4 7 9

实例2

数组也是容器。数组的迭代器就是指针，而且是随机访问迭代器。

/*******************************************************************
 *   > File Name: array-test.cpp
 *   > Create Time: 2021年09月27日 16:13:19
 ******************************************************************/
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

    int* p = a; // p是a的迭代器
    for(int i = 0; i < 10; i++){
        printf("%d ", *p);
        p++;
    }

    return 0;
}

编译、运行：

PS E:\fly-prj\cplusplus\day20> make 
g++ -o array-test array-test.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day20> .\array-test.exe
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

实例3

/*******************************************************************
 *   > File Name: list-const_iterator.cpp
 *   > Create Time: 2021年09月27日 16:46:41
 ******************************************************************/
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    list<int> v;
    list<int>::const_iterator  i; /*创建一个常量正向迭代器*/

    /* OK */
    for(i = v.begin(); i!= v.end(); ++i){
        cout << *i ;
    }

    #if 0/* 不支持<运算符 */
    // ERR:no match for ‘operator<’ (operand types are ‘std::list<int>::const_iterator’ and ‘std::list<int>::iterator’)
    for(i = v.begin(); i < v.end(); ++i){
        cout << *i;
    }
    #endif

    #if 0/* 不支持下标访问 */
    // ERR:no match for ‘operator[]’ (operand types are ‘std::list<int>’ and ‘int’)
    for(int i = 0; i < v.size(); ++i){
        cout << v[i];
    }
    #endif

    return 0;
}

C++ STL标准手册