C++STL之迭代器（iterator）详解

1.迭代器的基本概念

Q1：什么是迭代器？

答：迭代器是一种检查容器内元素并且遍历容器内元素的数据类型。
（看不懂，没关系，c语言学过吧，指针知道吧，没错，这就和访问数组的指针类似，指针是C语言里面就有的东西，而迭代器是C++里面才有的，二者还有其他区别，之后再整理）

Q2：为什么要使用迭代器？

• STL提供每种容器的实现原理各不相同，如果没有迭代器我们需要记住每一种容器中对象的访问方法，很显然这样会变得非常麻烦

• 每个容器中都实现了一个迭代器用于对容器中对象的访问，虽然每个容器中的迭代器的实现方式不一样，但是对于用户来说操作方法是一致的，也就说通过迭代器统一了对所有容器的访问方式

• 迭代器的使用可以提高编程的效率

2.迭代器的使用

1.基本使用方法

• 首先要定义一个迭代器类型变量（这里以vector容器为例）
  定义方法如下：容器类名::iterator 迭代器名;
  如要定义vector容器的迭代器：vector::iterator iter;(这里的iter是变量名，可以自定义)
• 接下来要利用迭代器访问容器数据
  先要了解几个成员函数

成员函数	功能
begin()	返回指向容器中第一个元素的正向迭代器;如果是 const 类型容器，在该函数返回的是常量正向选代器。
end()	返回指向容器最后一个元素之后一个位置的正向迭代器，如果是 onst 类型容器，在该函数返回的是常量正向迭代器。此函数通常和 begin0搭配使用。
rbegin()	返回指向最后一个元素的反向迭代器，如果是 const 类型容器，在该函数返回的是常量反向迭代器。
rend()	返回指向第一个元素之前一个位置的反向迭代器。如果是 onst 类型容器，在该函数返回的是常量反向迭代器。此函数通常和 begin0 搭配使甲。

这里的end()函数要注意，不是指向容器最后一个元素，而是后一个位置（看图）

现在来看代码：

int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    vector<int> v1;
    v1.assign(arr, arr + 5);//以上为创建一个含有5个元素的vector容器
    vector<int>::iterator iter;//定义迭代器类型变量
    iter = v1.begin();//变量被赋值为指向第一个元素的迭代器
    cout << *iter << endl;
    iter++;//可以用自增操作，让iter指向下一个元素
    cout << *iter << endl;
    iter = v1.begin() + 2;//让iter指向容器中第三个位置
    cout << *iter << endl;
    **结果：10
           20
           30

注意：vector容器迭代器属于随机访问迭代器，可以一次移动多个位置，如iter=v1.begin()+2;
也可以用iter=iter+2;
下面是容器数据的遍历

int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    vector<int> v1;
    v1.assign(arr, arr + 5);
    vector<int>::iterator iter;
    for (iter = v1.begin(); iter != v1.end(); iter++)//注意终止条件
        cout << *iter << ' ';
    cout << endl;
    **结果：10 20 30 40 50

注意：上面说到end()函数是指向容器元素的最后一个元素的后一个位置，所以当迭代器指向最后的后一个位置时结束遍历，便可以访问所有容器元素

3.迭代器失效

什么是迭代器失效，先看一个案例：

vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(3);
    v1.push_back(4); //到这里总共插入4个元素
    vector<int>::iterator it;
    it = v1.begin() + 3; //这里的it指向元素4
    cout << *it << endl;
    v1.insert(it, 8); //在it指向的位置插入8
    cout << *it << endl;
    
    **结果：4
           555  //错误数字

思考：根据之前所学习的内容，在元素4的位置插入元素8，4会自动后移，迭代器it理应会指向元素8的位置，但是事实却不是这样❓

原因：在插入一个元素后，容器会在空间内再开辟一块新的空间来存放容器数据，（类似于深拷贝），但是迭代器it所指向的依旧是原来的空间，所以会出现乱码

那么怎样解决这个问题呢
看优化后的代码：

vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(3);
    v1.push_back(4);
    vector<int>::iterator it;
    it = v1.begin() + 3; //insert会返回一个新的有效的迭代器
    cout << *it << endl;
    it=v1.insert(it, 8); 
    cout << *it << endl;
    **结果：4
           8

看到代码的变化了吗，只要对迭代器变量进行重新赋值就好了，这样迭代器便会指向新的空间

下面再看一下erase()函数导致的迭代器失效

vector<int> v1;
    v1 = {1, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 5};
    vector<int>::iterator it;
    for (it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        if (*it == 3)
            v1.erase(it); //判断如果是3，就执行删除操作
    }
    for (it = v1.begin(); it != v1.end(); it++)
        cout << *it << ' ';
    cout << endl;
    **结果：1 2 3 3 4 5 //不符合预期

为什么没有将元素3全部删除

解释：因为删除的机制就是在删除一个元素后，后面的元素会向前移动，但是迭代器的指向位置不变，所以会跳过一些满足条件的数，导致无法完全删除。

解决：

vector<int> v1;
    v1 = {1, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 5};
    vector<int>::iterator it;
    for (it = v1.begin(); it != v1.end(); ) {
        if (*it == 3)
            it=v1.erase(it);  //每次对it重新赋值，使其指向最新的有效的迭代器
        else
            it++;
    }
    for (it = v1.begin(); it != v1.end(); it++)
        cout << *it << ' ';
    cout << endl;
    **结果：1 2 3 4

解释：这里通过控制，迭代器后移的条件，来解决会跳过某些元素的可能