C++学习笔记之迭代器

模板是的算法独立于存储的数据类型，而迭代器使算法独立于使用的容器类型。理解迭代器是理解STL的关键。

迭代器应该具备的特征：

(1)应该能够对迭代器进行解除引用的操作，以便能够访问它引用的值。即如果P是一个迭代器，则应该对*P进行定义

(2)应该能够将一个迭代器赋给另一个迭代器。如果P和Q都是迭代器，则应对P=Q定义。

(3)应该能够对迭代器进行比较，看它们是否相等。即如果P和Q都是迭代器，则应对P==Q和P!=Q进行定义。

(4)应该能够使用迭代器遍历容器中的所有元素，这可以通过迭代器定义的++P和P++来实现。

值得注意的是，常规的指针就能够满足迭代器的要求，因此可以将指针看作是一种迭代器。

说了这么多，也许你并不理解，没关系，读完下面实例，再回头看这些陈述，你就会发现so easy!

下面来看具体实例解释：

首先在double数组中搜索特定值的函数，可以这样编写该函数：

 double * find_ar(double * ar, int n, const double & val)
 {
     for (int i = ; i < n; i++)
         if (ar[i] == val)
             return &ar[i];//成功找到，返回该值的地址
     return ; //否则返回空指针
 }

可以看出，该算法是与特定的数据容器（数组）关联在一起的；

下面是搜索另一种数据结构-----链表的算法,每个节点的指针域都指向下一个节点，链表最后一个节点的指针被设为0：

同样，该算法是与特定的数据容器（数组）关联在一起的。

 struct Node
 {
     double item;
     Node * p_next;
 };
 Node * find_ll(Node * head, const double & val)
 {
     Node * start;
     for (start = head; start != ; start = start->p_next)
         if ( start->item == val)
             return start;
     return ;
 }

于是，大神们就想：有木有一种算法可以独立于这些数据容器（链表，数组等）呢？显然，操作相同（如：都是搜索一种元素），容器一变，算法就要重写，确实很麻烦。即搞出一种算法，不论数据容器怎么变，该算法都适用。于是迭代器应运而生！

重新编写find_arr()函数：

 typedef double * iterator;
 iterator find_ar(iterator begin, iterator end, const double & val)
 {
         iterator ar;
         for (ar = begin; ar != end; ar++)
         {
             if (*ar == val)
                 return ar;
             return end;//表示没有找到
         }
 }

程序解释：begin是指向数组起始位置，end指向数组的超尾，解释一下超尾, 超尾就是数组最后一个元素后面的一个元素（当然有可能是空值，但显然这个元素已经不在数组范围了）的位置，特别注意不要理解为数组最后一个元素的位置，这点很重要，搞清楚begin和end的概念之后，相信上面的程序很容易理解了。至于如何让begin指向数组第一个元素，如何让end指向超尾和本讨论无关，当然也丝毫不影响对本讨论的理解，所以完全不用多想这个问题。

对于find_ll()函数，先定义一个迭代器类，看不懂没关系，只需要感性上知道这个迭代器类定义了*，++，==，!=等运算符是干啥的。大致浏览一遍，定义iterator类不是重点（否则本讨论就应该改名“类的定义及其使用”，哈哈），千万不要纠结iterator类的定义，以为这种纠结会影响对本讨论的理解，再次声明本讨论主要介绍为什么使用迭代器，以及迭代器的原理，至于具体迭代器类的定义是根据具体需要可以自定义的，不用想太多，读完这篇，只要搞懂我们使用迭代器的意义在哪里就证明你完成了阅读任务，而具体的迭代器的定义，STL里面早就有人帮我们写好了，不是我们操心的事！这里写出来只是方便讨论，感性认识一下即可。

 struct Node
 {
     double item;
     Node * p_next;
 };
  class iterator
  {
  private:
      Node * pt;
  public:
      //构造函数重构，使用列表初始化
      iterator() : pt() {}
      iterator(Node * pn) : pt(pn) {}
      double operator * () {return pt -> item;}//定义*操作符
      iterator& operator++() //定义++前缀操作符，及++it
      {
          pt = pt->p_next;
          return *this;
      }
      iterator& operator++(int) //定义++后缀操作符，及it++
      {
          iterator tmp = *this;
          pt = pt->p_next;
          return tmp;
      }
 //...operator==（）operator！=（）,etc
  };

正如前面所说，重点不是如何定义iterator类，而是有了这样的类（库函数里有，大家不用就纠结如何定义哈，这样的类已经有了，否则我在这里废话半天有毛用），第二个搜索函数find_ll()可以改写为：

  iterator find_ll(iterator head, const double & val)
 {
         iterator start;
         for (start = head; start != ; ++start)
         {
             if (*start == val)
                 return start;
             return ;//表示没有找到
         }
 }

可以发现这和find_ar()几乎相同，只是find_ar()使用超尾迭代词end，而find_ll()使用存储在最后一个节点中的空值0.

于是进一步改进，在定义数据容器的迭代器时，要求数组和链表都有一个超尾元素（C++在STL确实也是这样做的），并在迭代器达到超尾时结束搜索。这样，find_ar()和find_ll()检测数据尾的方式将相同，从而成为相同的算法。

最后做一个总结：STL遵循上面介绍的方法。首先，每个容器类（vector, list, deque）定义了相应的迭代器类型。对于其中某个类，迭代器可能是指针；而对于另一个容器类，则可能是对象。不管实现方式如何，迭代器都将提供所需要的操作，如*和++等等。其次，每一个容器类都一个超尾标记，当迭代器递增到超越容器的最后一个值后，这个值将被赋给迭代器。每个容器类都有begin()和end()方法，它们分别返回一个指向容器的第一个元素和超尾位置的迭代器。每个容器类都使用++操作，让迭代器从指向第一个元素逐步指向超尾位置，从而遍历容器中的每一个元素。

再次强调，使用容器类时，无需知道其迭代器是如何实现的，也无需知道超尾是如何实现的，而只需知道它有迭代器，其begin()返回一个指向第一个元素的迭代器，end()一个指向超尾位置的迭代器即可。