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C++ STL 迭代器详解

1. 迭代器概述

在 C++ 标准图书馆（STL）中，迭代器（iterator）是连接容器与算法的重要桥梁。它允许我们通过统一的接口操作各种顺序容器和关联容器中的元素。迭代器类似于指针，但它提供了更高级别的操作，适用于各种容器类型。

迭代器的核心作用是提供对容器元素的访问和操作能力。通过迭代器，我们可以高效地遍历、读取和修改容器中的元素，而无需直接操作容器内部的数据结构。

2. 迭代器的定义与类型

迭代器的定义方式因容器类型而异。常见的迭代器类型包括：

2.1 正向迭代器

• 定义：container::iterator iter_name;
• 特点：支持读取和写入操作，仅支持自增（++）操作。

2.2 常量正向迭代器

• 定义：container::const_iterator iter_name;
• 特点：与正向迭代器类似，但只支持读取操作。

2.3 反向迭代器

• 定义：container::reverse_iterator iter_name;
• 特点：反转了正向迭代器的操作方向，++ 运算将迭代器指向前一个元素。

2.4 常量反向迭代器

• 定义：container::const_reverse_iterator iter_name;
• 特点：与反向迭代器类似，但只支持读取操作。

3. 迭代器的操作与用法

迭代器的操作是其核心功能。以下是迭代器常见操作的示例：

3.1 基本操作

• 读取元素：*iter 返回迭代器指向的元素。
• 移动操作：++iter（或 iter++）使迭代器指向下一个元素。

3.2 反向迭代器的特殊性

• 正向迭代器：++iter 指向下一个元素。
• 反向迭代器：++iter 指向前一个元素。

3.3 实际应用示例

以下程序展示了如何使用迭代器遍历和修改容器中的元素：

#include 
   
    
#include 
    
     
using namespace std;
int main() {
    vector
     
       v;
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        v.push_back(i);
    }
    vector
      
       ::iterator iter = v.begin();
    for (iter = v.begin(); iter != v.end(); ++iter) {
        cout << *iter << " ";
        *iter *= 2;
    }
    vector
       
        ::reverse_iterator rev_iter = v.rbegin();
    for (rev_iter = v.rbegin(); rev_iter != v.rend(); ++rev_iter) {
        cout << *rev_iter << " ";
    }
    return 0;
}
       
      
     
    
   

程序输出结果为：0 1 2 3 48 6 4 2 0。

4. 迭代器的高级功能

迭代器的功能不仅限于基本操作，还支持高级操作：

4.1 高级移动操作

• advance(iter, n)：将迭代器 iter 前进 n 个元素。
• distance(iter1, iter2)：计算两个迭代器之间的距离。

4.2 元素交换

• iter_swap(iter1, iter2)：交换两个迭代器指向的元素。

5. 迭代器适配器

迭代器适配器允许迭代器与其他 STL 算法配合使用。常见的适配器包括插入迭代器、反向迭代器和流迭代器。

5.1 插入迭代器

插入迭代器用于将新元素插入到容器中。例如，insert_iterator 可以将元素插入到指定位置。

5.2 反向迭代器

反向迭代器提供从后向前的遍历方式。例如，rbegin() 返回最后一个元素的迭代器，rend() 返回第一个元素前面的迭代器。

5.3 流迭代器

流迭代器将输入输出流（如 istream 和 ostream）当作数据源或接收器。例如，istream_iterator 可以从输入流读取数据。

6. 迭代器的应用场景

迭代器在 STL 中广泛应用于各种算法中。例如：

• 排序算法：如 sort() 函数依赖于随机访问迭代器。
• 查找算法：如 find() 函数使用迭代器进行元素查找。

通过选择合适的迭代器类型，可以实现对不同容器的高效操作。