STL-迭代器源码剖析

         在接触了STL后，觉得STL就是一个为效率而生的怪物，而且令人惊讶的是它里面的很多算法和模板对于学C++的人来说是非常有价值去剖析的。

       迭代器（Iterator）模式--提供一种方法，使之能够依序寻访某个聚合物（容器）所含的各个元素，而又无需暴露该聚合物的内部表达方式。
STL的中心思想在于：将数据容器和算法分开，彼此独立设计，最后再以一贴胶合剂（iterator）将它们撮合在一起。

      迭代器是数据结构容器中非常有用的“特殊指针”，在不暴露容器中结构的条件下，可以取出容器里所有的元素。

vector v1;
v1.push_back (5);
v1.push_back (4);
v1.push_back (3);
v1.push_back (2);
v1.push_back (1);
// 迭代器遍历顺序表
vector::iterator it = v1 .begin();
for (; it != v1. end(); ++it )
{
cout<<*it <<" ";
}
cout<

相信很多人在看STL源码的时候会有很多的疑问，确实STL是大神们写的代码。我们很难去看懂。里面的宏定义和辅助函数我们可以忽略，只把整个框架提取出来，再往框架中不断的添加功能，最后就会成为STL源码。所以我们现在的任务就是提取Iterator的框架。

一：Iterator的调用接口：

//通过Distance来计算两个迭代器之间的距离
//通过Category来确定是前向迭代器还是双向迭代器，还是随机迭代器
template
struct Iterator
{
	typedef Category CategoryIterator;//迭代器类型
	typedef T ValueType;				//迭代器所指对象的类型
	typedef Distance DifferenceType;	//两个迭代器之间的距离
	typedef Pointer Pointer;			//迭代器所指类型的指针
	typedef Reference Reference;		//迭代器所指类型的引用
};
 
  
 
  
 
  
 
  
 
        这是Iterator的入口，我们可以看到class Iterator中其实没有很多的东西，就是有5个typedef。利用模板传进来的参数CategoryIterator可以提取出迭代器的类型： 
  
 
  
 
  
二：迭代器的类型：
 
  
 
  
struct InputIteratorTag{};
struct OutputIteratorTag{};
struct ForwardIteratorTag :public InputIteratorTag{};
struct BidirectionalIteratorTag :public InputIteratorTag{};
struct RandomAccessIteratorTag :public InputIteratorTag{};


//Distance是迭代器之间的距离
template
struct InputIterator         //只读迭代器
{
	typedef InputIteratorTag CategoryIterator;
	typedef T ValueType;
	typedef Distance DifferenceType;
	typedef T* Pointer;
	typedef T& Reference;
};
template
struct OutputIterator        //只写迭代器
{
	typedef OutputIteratorTag CategoryIterator;
	typedef T ValueType;
	typedef Distance DifferenceType;
	typedef T* Pointer;
	typedef T& Reference;
};
 
  
 templatestruct ForwardIterator //前向迭代器{typedef ForwardIteratorTag CategoryIterator;typedef T ValueType;typedef Distance DifferenceType;typedef T* Pointer;typedef T& Reference;};templatestruct BidirectionalIterator //双向迭代器{typedef BidirectionalIteratorTag CategoryIterator;typedef T ValueType;typedef Distance DifferenceType;typedef T* Pointer;typedef T& Reference;};templatestruct RandomAccessIterator //随机迭代器{typedef RandomAccessIteratorTag CategoryIterator;typedef T ValueType;typedef Distance DifferenceType;typedef T* Pointer;typedef T& Reference;}; 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
    这5个迭代器中的继承关系使双向迭代器的对象可以传给前向迭代器，随机迭代器的对象可以传给前向迭代器和双向迭代器，它的原理就是“切片规则”。这就是为什么随机迭代器可以随机机访问迭代器的内容。
 
  三：迭代器萃取机 
  
        STL中有那么多的迭代器，它是通过什么保证程序可以正确的调用合适的迭代器呢？
 
  
 
  
template
struct IteratorTraits       //Iterator类有内嵌类型
{
	typedef typename Iterator::CategoryIterator  IteratorCategory;
	typedef typename Iterator::ValueType ValueType;
	typedef typename Iterator::DifferenceType DifferenceType;
	typedef typename Iterator::Pointer Pointer;
	typedef typename Iterator::Reference Reference;
};
//偏特化原生的类型，为了原生类型而存在的特化
template
struct IteratorTraits
{
	typedef RandomAccessIteratorTag IteratorCategory;
	typedef T ValueType;
	typedef ptrdiff_t DifferenceType;
	typedef T* Pointer;
	typedef T& Reference;
};


//如上
template
struct IteratorTraits
{
	typedef RandomAccessIteratorTag IteratorCategory;
	typedef T ValueType;
	typedef ptrdiff_t DifferenceType;
	typedef const T* Pointer;
	typedef const T& Reference;
};
 
  
 
  
 
  
 
          typename关键字告诉编译器Iterator是一个类型，实例化出对象的时候在来编译。这是class关键字不具有的功能。这里有三种类型萃取机，他们分别代表三种不同的类型。 
  
 
  
                  内置类型，原生指针类型，const原生指针类型。
 
  
 
  
template 
inline typename IteratorTraits ::DifferenceType
Distance(InputIterator first, InputIterator last)
{
	//通过传入的InputIterator决定是哪个类型的IteratorCategory对象
	return _Distance(first, last, IteratorTraits ::IteratorCategory());
}


//前向和双向迭代器的Distance函数,都是通过遍历两个迭代器之间的元素实现的
template 
inline typename IteratorTraits ::DifferenceType
_Distance(InputIterator first, InputIterator last, InputIteratorTag)
{
	IteratorTraits::DifferenceType n = 0;
	while (first != last) {
		++first; ++n;
	}
	return n;
}

//随机迭代器的distance
template 
inline typename IteratorTraits ::DifferenceType
_Distance(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last,RandomAccessIteratorTag)
{
	return last - first;
}
 
  


 
  
template 
inline void Advance(InputIterator & i, Distance n)
{
	_Advance(i, n, IteratorTraits ::IteratorCategory());
}
template 
inline void _Advance(InputIterator & i, Distance n, InputIteratorTag)
{
	while (n--) ++i;
} 
template 
inline void _Advance(BidirectionalIterator & i, Distance n,
BidirectionalIteratorTag)
{
	if (n >= 0)
		while (n--) ++i;
	else
		while (n++) --i;
} 
template 
inline void __Advance(RandomAccessIterator & i, Distance n,
RandomAccessIteratorTag)
{
	i += n;
} 
       advance的提取方法和distance相同。 
  
 
  

 
  

 
  
所以我们可以看到，模板是为STL而生的一点都不为过。通过三个萃取机IteratorTraits可以将原生的内置类型和自定义的类型分开是萃取机的精华所在。