C++ 迭代器 Iterator

C++ 迭代器（Iterator）

1.1 定义

• 迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。
• 迭代器是一个变量，提供对一个容器中的对象的（间接）访问方法，并且定义了容器中对象的范围。
• 迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以对非数组（存储空间不连续）的数据结构进行遍历。
• 容器和string有迭代器类型同时拥有返回迭代器的成员。如：容器有成员 begin 和 end ，其中begin成员复制返回指向第一个元素的迭代器，而end成员返回指向容器尾元素的下一个位置的迭代器，也就是说end指示的是一个不存在的元素，所以end返回的是尾后迭代器。

iterator iter; 	// 声明迭代器iter

for(iter = 容器.begin(); iter != 容器.end(); iter++){
	cout << *iter 或者是 iter->first ;                                
}

1.2 迭代器种类

1. 正向迭代器，定义方法如下：
   容器类名::iterator 迭代器名;
2. 常量正向迭代器，定义方法如下：
   容器类名::const_iterator 迭代器名;
3. 反向迭代器，定义方法如下：
   容器类名::reverse_iterator 迭代器名;
4. 常量反向迭代器，定义方法如下：
   容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;

1.3 迭代器的使用

• 通过迭代器可以读取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。
• 迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：
  • 对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素； begin() -> end() 从前往后遍历
  • 对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。 rbegin() -> rend() 从后往前遍历

遍历vector容器的所有元素示例：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;
    for(int i = 0; i < 5; ++i){
        v.push_back(i);             // v = {0, 1, 2, 3, 4}
    }

    vector<int>::iterator iter;     // 正向迭代 begin -> end，输出 {0, 1, 2, 3, 4}
    for(iter = v.begin(); iter != v.end(); ++iter){
        cout << *iter << endl;
    }

    vector<int>::reverse_iterator riter;    // 反向迭代 rbegin -> rend，输出 {4, 3, 2, 1, 0}
    for(riter = v.rbegin(); riter != v.rend(); ++riter){
        cout << *riter << endl;
    }
    return 0；
}

提示：
后置++要多生成一个局部对象 tmp，因此执行速度比前置++的慢。同理，迭代器是一个对象，STL 在重载迭代器的++运算符时，后置形式也比前置形式慢。在次数很多的循环中，++i 和 i++ 可能就会造成运行时间上可观的差别了。对循环控制变量 i，要养成写++i、不写i++的习惯。

1.4 迭代器的功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。
例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

不同容器的迭代器功能：

容器	迭代器功能
forward_list	前向
unordered_set / unordered_multiset	前向
unordered_map / unordered_multimap	前向
vector	随机访问
deque	随机访问
array	随机访问
list	双向
set / multiset	双向
map / multimap	双向
stack	不支持迭代器
queue	不支持迭代器
priority_queue	不支持迭代器

不同功能的迭代器说明：

迭代器类别	说明
输入	从容器中读取元素。输入迭代器只能一次读入一个元素向前移动，输入迭代器只支持一遍算法，同一个输入迭代器不能两次遍历一个序列
输出	向容器中写入元素。输出迭代器只能一次一个元素向前移动。输出迭代器只支持一遍算法，同一输出迭代器不能两次遍历一个序列
正向	组合输入迭代器和输出迭代器的功能，并保留在容器中的位置
双向	组合正向迭代器和逆向迭代器的功能，支持多遍算法
随机访问	组合双向迭代器的功能与直接访问容器中任何元素的功能，即可向前向后跳过任意个元素

不同功能的迭代器操作：

1. 输入：++p，p++，*p ，p1 = p2，p1 == p2，p1 != p2
2. 输出：++p，p++，*p ，p1 = p2
3. 正向迭代：++p，p++，*p ，p1 = p2，p1 == p2，p1 != p2
4. 双向迭代：++p，p++，*p ，p1 = p2，p1 == p2，p1 != p2，--p，p--
5. 随机访问：++p，p++，*p ，p1 = p2，p1 == p2，p1 != p2，--p，p--，p+=i，p-=i，p+i，p-i，p1 < 、>、<=、>= p2，p[i](返回 p 后面第 i 个元素的引用)，p2-p1(返回 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差)

1.5 迭代器的辅助函数

STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板，它们是：

• advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
• distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环。
• iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。

参考：
http://c.biancheng.net/view/338.html
https://blog.csdn.net/CSDN_564174144/article/details/76231626

1.6 迭代器的失效问题

不能以指针来看待迭代器，指针是与内存绑定的，而迭代器是与容器里的元素绑定的，删除了之后，该迭代器就失效了，在对其重新赋值之前，不能再访问此迭代器。

STL 迭代器失效的几种情况总结
C++容器类插入和删除时迭代器的失效情况总结

• 序列式(数组式) 容器
  • vector 迭代器失效
    （1）erase() 和 insert() 会使当前位置到容器末尾元素的迭代器全部失效 ；这是因为vetor,deque使用了连续分配的内存，删除一个元素导致后面所有的元素会向前移动一个位置，此时 iter 已经指向的是未知内存；解决方法是利用 erase方法可以返回下一个有效的 iterator。
    （2）扩容时，所有迭代器都会失效。
  • deque 迭代器失效
    （1）插入到除首尾位置之外的任何位置都会导致迭代器、指针和引用都会失效，但是如果在首尾位置添加元素，迭代器会失效，但是指针和引用不会失效；
    （2）如果在首尾之外的任何位置删除元素，那么指向被删除元素外其他元素的迭代器全部失效；
    （3）在其首部或尾部删除元素则只会使指向被删除元素的迭代器失效。

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• 节点式容器：
  • 关联式容器(如map, set,multimap,multiset)
    （1）删除当前的iterator，仅仅会使当前的iterator失效，只要在erase 时，递增当前 iterator erase(iter++)或者 利用 erase 返回的有效迭代器 iter = cont.erase(iter);进行操作即可；
    （2）插入不会使得任何迭代器失效。
    这是因为map之类的容器，使用了红黑树来实现，插入、删除一个结点不会对其他结点造成影响。
  • 链表式容器(如list)
    （1）删除当前的iterator，仅仅会使当前的iterator失效，只要在erase 时，递增当前 iterator erase(iter++)或者 利用 erase 返回的有效迭代器 iter = cont.erase(iter);进行操作即可；
    （2）插入不会使得任何迭代器失效。
    这是因为list之类的容器，使用了链表来实现，插入、删除一个结点不会对其他结点造成影响。

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• 哈希容器（unordered_map, unordered_multimap, unordered_multiset, unordered_set）：
  （1）删除当前的iterator，仅仅会使当前的iterator失效，只要在erase 时，递增当前 iterator erase(iter++)或者 利用 erase 返回的有效迭代器 iter = cont.erase(iter);进行操作即可；
  （2）插入不会使得任何迭代器失效。
  这是因为这些容器使用了哈希表来实现，插入、删除一个结点不会对其他结点造成影响。