STL组件之迭代器如何实现

边肖将与您分享如何实现STL组件的迭代器。相信大部分人还不太了解，所以分享这篇文章给大家参考。希望你看完这篇文章会有很多收获。我们一起来看看吧！

STL的一个重要特点是数据结构和算法的分离。虽然这是一个简单的概念，但这种分离确实使STL非常通用。例如，因为STL的sort()函数是完全通用的，所以您可以使用它来操作几乎任何数据集，包括链表、容器和数组。

要点

STL算法作为模板函数提供。为了区别于其他组件，在本书中，STL算法由一对括号表示，例如sort()。

STL的另一个重要特征是它不是面向对象的。为了有足够的通用性，STL主要依靠模板而不是封装、继承和虚函数(多态)mdashmdashOOP的三个要素。在STL中找不到任何明显的类继承关系。这似乎是一种倒退，但正是这种潜在的特性使STL的组件具有普遍性。另外，由于STL是基于模板的，内联函数的使用使得生成的代码短小高效。

提示

确保在编译使用STL的程序时，至少使用-O优化来确保内联扩展。

STL组件

STL提供了大量的模板类和函数，可用于OOP和常规编程。所有STL的大约50种算法是完全通用的，不依赖于任何特定的数据类型。以下部分描述了三个基本的STL组件：

1)迭代器提供访问容器中对象的方法。例如，您可以使用一对迭代器来指定列表或向量中的对象范围。迭代器就像指针。其实C的指针也是迭代器。然而，迭代器也可以是类对象，它定义了操作符*(和其他类似于指针的操作符)的方法。

2)容器是一种数据结构，如列表、向量、deques，由模板类的方法提供。要访问容器中的数据，可以使用容器类输出的迭代器。

3)算法是用于操作容器中数据的模板函数。例如，STL使用sort()对向量中的数据进行排序，使用find()在列表中搜索对象。函数本身与它们所操作的数据的结构和类型无关，因此它们可以用于从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构。

1、头文件

为了避免与其他头文件冲突，STL头文件不再使用常规。h扩展。要包含标准字符串类、迭代器和算法，请使用以下指示符：

# includes tring # includes iterator # includes algorithm如果查看stl的头文件，可以看到iterator.h和stl_iterator.h这样的头文件，由于这些名称在各种STL实现之间可能不同，因此应该避免使用这些名称来引用这些头文件。为了确保可移植性，请使用相应的文件名而不要。h后缀。

2、名字空间

您的编译器可能无法识别命名空间。名称空间就像一个信封，它将标识符封装在另一个名称中。标识符只存在于命名空间中，因此避免了与其他标识符的冲突。例如，可能有定义sort()函数的其他库和程序模块。为了避免与STL的sort()算法冲突，STL的sort()和其他标识符被封装在命名空间std中。STL的sort()算法被编译成std:sort()，从而避免了名称冲突。

虽然您的编译器可能没有实现名称空间，但是您仍然可以使用它们。要使用STL，您可以在源代码文件中插入以下指示器，通常是在所有#include指示器之后：

使用命名空间TD；3、迭代器

迭代器为容器中的对象提供访问方法，并定义容器中对象的范围。迭代器就像指针。其实C的指针也是迭代器。然而，迭代器不仅仅是指针，所以你不能假设它们一定有地址值。例如，数组索引也可以被视为迭代器。

迭代器可以用不同的方式创建。程序可以创建迭代器作为变量。STL容器类可以创建一个迭代器来使用特定类型的数据。作为指针，您必须能够使用*运算符类来获取数据。您也可以使用其他数学运算符，例如。通常，运算符用于递增迭代器以访问容器中的下一个对象。如果迭代器到达容器中* * *元素的末尾，则迭代器成为结束值。使用带有过期值的指针来访问对象是非法的，就像使用空指针或初始化指针一样。

（1）提示

STL不保证一个迭代器可以从另一个迭代器到达。比如对集合中的对象进行排序时，如果指定两个不同结构的迭代器，第二个迭代器就无法从* * *迭代器到达，程序注定会失败。这是STL灵活性的代价。STL不保证检测不合理的错误。

（2）迭代器的类型

strong>

对于STL数据结构和算法，你可以使用五种迭代器。下面简要说明了这五种类型：

• Input iterators 提供对数据的只读访问。

• Output iterators 提供对数据的只写访问

• Forward iterators 提供读写操作，并能向前推进迭代器。

• Bidirectional iterators提供读写操作，并能向前和向后操作。

• Random access iterators提供读写操作，并能在数据中随机移动。

尽管各种不同的STL实现细节方面有所不同，还是可以将上面的迭代器想象为一种类继承关系。从这个意义上说，下面的迭代器继承自上面的迭代器。由于这种继承关系，你可以将一个Forward迭代器作为一个output或input迭代器使用。同样，如果一个算法要求是一个bidirectional 迭代器，那么只能使用该种类型和随机访问迭代器。

指针迭代器

正如下面的小程序显示的，一个指针也是一种迭代器。该程序同样显示了 STL的一个主要特性——它不只是能够用于它自己的类类型，而且也能用于任何C或C++类型。Listing 1, iterdemo.cpp, 显示了如何把指针作为迭代器用于STL的find()算法来搜索普通的数组。

表 1. iterdemo.cpp

#include <iostream.h>  #include <algorithm>  using namespace std;  #define SIZE 100  int iarray[SIZE];  int main()  {  iarray[20] = 50;  int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);  if (ip == iarray + SIZE)  cout << "50 not found in array" << endl;  else cout << *ip << " found in array" << endl;  return 0;  }

在引用了I/O流库和STL算法头文件（注意没有.h后缀），该程序告诉编译器使用std名字空间。使用std名字空间的这行是可选的，因为可以删除该行对于这么一个小程序来说不会导致名字冲突。

程序中定义了尺寸为SIZE的全局数组。由于是全局变量，所以运行时数组自动初始化为零。下面的语句将在索引20位置处地元素设置为50,并使用find()算法来搜索值50:

iarray[20] = 50;  int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find() 函数接受三个参数。头两个定义了搜索的范围。由于C和C++数组等同于指针，表达式iarray指向数组的***个元素。而第二个参数iarray + SIZE等同于past-the-end 值，也就是数组中***一个元素的后面位置。第三个参数是待定位的值，也就是50。find()函数返回和前两个参数相同类型的迭代器，这儿是一个指向整数的指针ip。

提示

必须记住STL使用模板。因此，STL函数自动根据它们使用的数据类型来构造。

为了判断find()是否成功，例子中测试ip和 past-the-end 值是否相等：

if (ip == iarray + SIZE)

如果表达式为真，则表示在搜索的范围内没有指定的值。否则就是指向一个合法对象的指针，这时可以用下面的语句显示：:

cout << *ip << " found in array" << endl;

测试函数返回值和NULL是否相等是不正确的。不要象下面这样使用：

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);  if (ip != NULL) ... // ??? incorrect

当使用STL函数时，只能测试ip是否和past-the-end 值是否相等。尽管在本例中ip是一个C++指针,其用法也必须符合STL迭代器的规则。

容器迭代器

尽管C++指针也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一样，但和将迭代器申明为指针变量不同的是，你可以使用容器类方法来获取迭代器对象。两个典型的容器类方法是begin()和end()。它们在大多数容器中表示整个容器范围。其他一些容器还使用 rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向顺序指定对象范围。

下面的程序创建了一个矢量容器（STL的和数组等价的对象），并使用迭代器在其中搜索。该程序和前一章中的程序相同。

Listing 2. vectdemo.cpp

#include <iostream.h>  #include <algorithm>  #include <vector>  using namespace std;  vector<int> intVector(100);  void main()  {  intVector[20] = 50;  vector<int>::iterator intIter =  find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);  if (intIter != intVector.end())  cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;  else cout << "Vector does not contain 50" << endl;  }

注意用下面的方法显示搜索到的数据：

cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;

常量迭代器

和指针一样，你可以给一个迭代器赋值。例如，首先申明一个迭代器：

vector<int>::iterator first;

该语句创建了一个vector<int>类的迭代器。下面的语句将该迭代器设置到intVector的***个对象，并将它指向的对象值设置为123：

first = intVector.begin();  *first = 123;

这种赋值对于大多数容器类都是允许的，除了只读变量。为了防止错误赋值，可以申明迭代器为：

const vector<int>::iterator result;  result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);  if (result != intVector.end())  *result = 123; // ???

警告

另一种防止数据被改变得方法是将容器申明为const类型。

『呀！在VC中测试出错,正确的含义是result成为常量而不是它指向的对象不允许改变，如同int *const p;看来这作者自己也不懂』

使用迭代器编程

你已经见到了迭代器的一些例子，现在我们将关注每种特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要关于STL容器类和算法的知识，在阅读了后面的两章后你可能需要重新复习一下本章内容。

输入迭代器

输入迭代器是最普通的类型。输入迭代器至少能够使用==和!=测试是否相等；使用*来访问数据；使用++操作来递推迭代器到下一个元素或到达past-the-end 值。

为了理解迭代器和STL函数是如何使用它们的，现在来看一下find()模板函数的定义：

template <class InputIterator, class T>  InputIterator find(  InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {  while (first != last && *first != value) ++first;  return first;  }

注意

在find()算法中，注意如果first和last指向不同的容器，该算法可能陷入死循环。

输出迭代器

输出迭代器缺省只写，通常用于将数据从一个位置拷贝到另一个位置。由于输出迭代器无法读取对象，因此你不会在任何搜索和其他算法中使用它。要想读取一个拷贝的值，必须使用另一个输入迭代器（或它的继承迭代器）。

Listing 3. outiter.cpp

#include <iostream.h>  #include <algorithm> // Need copy()  #include <vector> // Need vector  using namespace std;  double darray[10] =  {1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9};  vector<double> vdouble(10);  int main()  {  vector<double>::iterator utputIterator = vdouble.begin();  copy(darray, darray + 10, outputIterator);  while (outputIterator != vdouble.end()) {  cout << *outputIterator << endl;  outputIterator++;  }  return 0;  }

注意

当使用copy()算法的时候，你必须确保目标容器有足够大的空间，或者容器本身是自动扩展的。

前推迭代器

前推迭代器能够读写数据值，并能够向前推进到下一个值。但是没法递减。replace()算法显示了前推迭代器的使用方法。

template <class ForwardIterator, class T>  void replace (ForwardIterator first,  ForwardIterator last,  const T& old_value,  const T& new_value);

使用replace()将[first,last]范围内的所有值为old_value的对象替换为new_value。:

replace(vdouble.begin(), vdouble.end(), 1.5, 3.14159);

双向迭代器

双向迭代器要求能够增减。如reverse()算法要求两个双向迭代器作为参数:

template <class BidirectionalIterator>  void reverse (BidirectionalIterator first,  BidirectionalIterator last);

使用reverse()函数来对容器进行逆向排序:

reverse(vdouble.begin(), vdouble.end());

随机访问迭代器

随机访问迭代器能够以任意顺序访问数据，并能用于读写数据（不是const的C++指针也是随机访问迭代器）。STL的排序和搜索函数使用随机访问迭代器。随机访问迭代器可以使用关系操作符作比较。

random_shuffle() 函数随机打乱原先的顺序。申明为：

template <class RandomAccessIterator>  void random_shuffle (RandomAccessIterator first,  RandomAccessIterator last);

使用方法：

random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());

迭代器技术

要学会使用迭代器和容器以及算法，需要学习下面的新技术。

流和迭代器

本书的很多例子程序使用I/O流语句来读写数据。例如：

int value;  cout << "Enter value: ";  cin >> value;  cout << "You entered " << value << endl;

对于迭代器，有另一种方法使用流和标准函数。理解的要点是将输入/输出流作为容器看待。因此，任何接受迭代器参数的算法都可以和流一起工作。

Listing 4. outstrm.cpp

#include <iostream.h>  #include <stdlib.h> // Need random(), srandom()  #include <time.h> // Need time()  #include <algorithm> // Need sort(), copy()  #include <vector> // Need vector   using namespace std;   void Display(vector<int>& v, const char* s);   int main()  {  // Seed the random number generator  srandom( time(NULL) );   // Construct vector and fill with random integer values  vector<int> collection(10);  for (int i = 0; i < 10; i++)  collection[i] = random() % 10000;;   // Display, sort, and redisplay  Display(collection, "Before sorting");  sort(collection.begin(), collection.end());  Display(collection, "After sorting");  return 0;  }   // Display label s and contents of integer vector v  void Display(vector<int>& v, const char* s)  {  cout << endl << s << endl;  copy(v.begin(), v.end(),  ostream_iterator<int>(cout, "\t"));  cout << endl;  }

函数Display()显示了如何使用一个输出流迭代器。下面的语句将容器中的值传输到cout输出流对象中:

copy(v.begin(), v.end(),  ostream_iterator<int>(cout, "\t"));

第三个参数实例化了ostream_iterator<int>类型，并将它作为copy()函数的输出目标迭代器对象。“\t”字符串是作为分隔符。运行结果：

$ g++ outstrm.cpp  $ ./a.out  Before sorting  677 722 686 238 964 397 251 118 11 312  After sorting  11 118 238 251 312 397 677 686 722 964

这是STL神奇的一面『确实神奇』。为定义输出流迭代器，STL提供了模板类ostream_iterator。这个类的构造函数有两个参数：一个ostream对象和一个string值。因此可以象下面一样简单地创建一个迭代器对象：

ostream_iterator<int>(cout, "\n")

该迭代起可以和任何接受一个输出迭代器的函数一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用于将值插入到容器中。它们也叫做适配器，因为它们将容器适配或转化为一个迭代器，并用于copy()这样的算法中。例如，一个程序定义了一个链表和一个矢量容器:

list<double> dList;  vector<double> dVector;

通过使用front_inserter迭代器对象，可以只用单个copy()语句就完成将矢量中的对象插入到链表前端的操作：

copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));

三种插入迭代器如下：

•  普通插入器 将对象插入到容器任何对象的前面。

•  Front inserters 将对象插入到数据集的前面&mdash;&mdash;例如，链表表头。

•  Back inserters 将对象插入到集合的尾部&mdash;&mdash;例如，矢量的尾部，导致矢量容器扩展。

使用插入迭代器可能导致容器中的其他对象移动位置，因而使得现存的迭代器非法。例如，将一个对象插入到矢量容器将导致其他值移动位置以腾出空间。一般来说，插入到象链表这样的结构中更为有效，因为它们不会导致其他对象移动。

Listing 5. insert.cpp

#include <iostream.h>  #include <algorithm>  #include <list>  using namespace std;  int iArray[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };  void Display(list<int>& v, const char* s);  int main()  {  list<int> iList;  // Copy iArray backwards into iList  copy(iArray, iArray + 5, front_inserter(iList));  Display(iList, "Before find and copy");  // Locate value 3 in iList  list<int>::iterator p =  find(iList.begin(), iList.end(), 3);  // Copy first two iArray values to iList ahead of p  copy(iArray, iArray + 2, inserter(iList, p));  Display(iList, "After find and copy");  return 0;  }  void Display(list<int>& a, const char* s)  {  cout << s << endl;  copy(a.begin(), a.end(),  ostream_iterator<int>(cout, " "));  cout << endl;  }

运行结果如下：

$ g++ insert.cpp  $ ./a.out  Before find and copy  5 4 3 2 1  After find and copy  5 4 1 2 3 2 1

可以将front_inserter替换为back_inserter试试。

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由于这时将p设置为past-the-end 值。***的copy()函数将iArray的值附加到链表的后部。

混合迭代器函数

在涉及到容器和算法的操作中，还有两个迭代器函数非常有用：

• advance() 按指定的数目增减迭代器。

• distance() 返回到达一个迭代器所需（递增）操作的数目。

例如：

list<int> iList;  list<int>::iterator p =  find(iList.begin(), iList.end(), 2);  cout << "before: p == " << *p << endl;  advance(p, 2); // same as p = p + 2;  cout << "after : p == " << *p << endl;   int k = 0;  distance(p, iList.end(), k);  cout << "k == " << k << endl;

advance()函数接受两个参数。第二个参数是向前推进的数目。对于前推迭代器，该值必须为正，而对于双向迭代器和随机访问迭代器，该值可以为负。

使用 distance()函数来返回到达另一个迭代器所需要的步骤。

注意：distance()函数是迭代的，也就是说，它递增第三个参数。因此，你必须初始化该参数。未初始化该参数几乎注定要失败。

以上是“STL组件之迭代器如何实现”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注行业资讯频道！