C++之STL迭代器

迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。可以替代下标访问vector对象的元素。

每种容器类型都定义了自己的迭代器类型，如 vector：

vector<int>::iterator iter;

这符语句定义了一个名为 iter 的变量，它的数据类型是 vector<int> 定义的 iterator 类型。每个标准库容器类型都定义了一个名为 iterator 的成员，这里的 iterator 与迭代器实际类型的含义相同。

begin 和 end 操作

每种容器都定义了一对命名为 begin 和 end 的函数，用于返回迭代器。如果容器中有元素的话，由 begin 返回的迭代器指向第一个元素：

vector<int>::iterator iter = ivec.begin();

上述语句把 iter 初始化为由名为 vector 操作返回的值。假设 vector 不空，初始化后，iter 即指该元素为 ivec[0]。由 end 操作返回的迭代器指向 vector 的“末端元素的下一个”。表明它指向了一个不存在的元素。如果 vector 为空，begin 返回的迭代器与 end 返回的迭代器相同。由 end 操作返回的迭代器并不指向 vector 中任何实际的元素，相反，它只是起一个哨兵（sentinel）的作用，表示我们已处理完 vector 中所有元素。

【备注：不用担心begin和end在循环中的条件判断。大胆使用吧！】

vector 迭代器的自增和解引用运算

迭代器类型可使用解引用操作符（dereference operator）（*）来访问迭代器所指向的元素：

*iter = 0;

解引用操作符返回迭代器当前所指向的元素。假设 iter 指向 vector 对象 ivec 的第一元素，那么 *iter 和 ivec[0] 就是指向同一个元素。上面这个语句的效果就是把这个元素的值赋为 0。
迭代器使用自增操作符向前移动迭代器指向容器中下一个元素。从逻辑上说，迭代器的自增操作和 int 型对象的自增操作类似。对 int 对象来说，操作结果就是把 int 型值“加 1”，而对迭代器对象则是把容器中的迭代器“向前移动一个位置”。因此，如果 iter 指向第一个元素，则 ++iter 指向第二个元素。

由于 end 操作返回的迭代器不指向任何元素，因此不能对它进行解引用或自增操作。

迭代器的其他操作

另一对可执行于迭代器的操作就是比较：用 == 或 != 操作符来比较两个迭代器，如果两个迭代器对象指向同一个元素，则它们相等，否则就不相等。

迭代器应用的程序示例

1、使用迭代器和下标改变vector的内容

这个很简单，请看代码。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int print_int_vector(std::vector<int> ivec)
{
    for(std::vector<int>::size_type ix =0, j = 0; ix != ivec.size(); ++ix, ++j)
    {
        std::cout<<ivec[ix]<<" "; //加空格！
    }
    std::cout<<std::endl;
    return 0;
}

int main()
{
    std::vector<int> ivec(10, 68); // empty vector
    print_int_vector(ivec);
    // reset all the elements in ivec to 0
    /*
        // 使用下标
    for (std::vector<int>::size_type ix = 0; ix != ivec.size(); ++ix)
    {
        ivec[ix] = 0;
    }
    */
    // equivalent loop using iterators to reset all the elements in ivec to 0
    for (std::vector<int>::iterator iter = ivec.begin(); iter != ivec.end(); ++iter)
        *iter = 0; // set element to which iter refers to 0
    print_int_vector(ivec);
    return 0;
}

2、tuple功能的实现【不可变性】

const_iterator类型只能用于读取容器内元素，但不能改变其值。
当我们对普通 iterator 类型解引用时，得到对某个元素的非 const。而如果我们对 const_iterator 类型解引用时，则可以得到一个指向 const 对象的引用），如同任何常量一样，该对象不能进行重写。

如果使用const_itreator进行重写，编译时会报错！

使用 const_iterator 类型时，我们可以得到一个迭代器，它自身的值可以改变，但不能用来改变其所指向的元素的值。可以对迭代器进行自增以及使用解引用操作符来读取值，但不能对该元素赋值。

【注意：不要把 const_iterator 对象与 const 的 iterator 对象混淆起来。声明一个 const 迭代器时，必须初始化迭代器。一旦被初始化后，就不能改变它的值。】

vector<int> nums(10); // nums is nonconst
const vector<int>::iterator cit = nums.begin();
*cit = 1; // ok: cit can change its underlying element
++cit; // error: can't change the value of cit

【注意：const_iterator 对象可以用于 const vector 或非 const vector，因为不能改写元素值。const 迭代器这种类型几乎没什么用处：一旦它被初始化后，只能用它来改写其指向的元素，但不能使它指向任何其他元素。】

tuple不可变的实现需要使用const声明！const vector<int> nums(10, 9);

总结

1、const_iterator需要注意：这个vector本身还是可变的，只不过对const_iterator类型解引用的对象不可变。

2、const迭代器也就是只能指向其所指向的元素，不能通过++等操作去指向其他元素。但是，所指向这个元素可以改变。

3、需要定义真正tuple，那就用const vector<int> nums(10, 9);来定义！此时，必须使用const_iterator 来获取每个元素的值。

迭代器的算术操作

1、可以对迭代器对象加上或减去一个整形值。这样做将产生一个新的迭代器，其位置在 iter 所指元素之前（加）或之后（减） n 个元素的位置。加或减之后的结果必须指向 iter 所指 vector 中的某个元素，或者是 vector 末端的后一个元素。加上或减去的值的类型应该是 vector 的 size_type 或 difference_type 类型，例子：

int main()
{
    std::vector<int> ivec(10, 68);
    print_int_vector(ivec);
    int i = 0;
    for (std::vector<int>::iterator iter = ivec.begin(); iter != ivec.end(); ++iter, i++)
        *iter = i; // set element to which iter refers to i
    print_int_vector(ivec);
    std::vector<int>::iterator iter = ivec.begin();
    iter += 100;
    std::cout<<*iter;

    return 0;
}

本例子中ivec有10个元素，iter+=j，j在10以内都不会有错（0~9），大于等于10则会出现溢出问题，编译器，运行中间都不会报错！可以加当然可以减。

2、iter1 - iter2：

该表达式用来计算两个迭代器对象的距离，该距离是名为 difference_type 的 signed 类型 size_type 的值，这里的 difference_type 是 signed 类型，因为减法运算可能产生负数的结果。该类型可以保证足够大以存储任何两个迭代器对象间的距离。iter1 与 iter2 两者必须都指向同一 vector 中的元素，或者指向 vector 末端之后的下一个元素。

3、可以用迭代器算术操作来移动迭代器直接指向某个元素，例如，下面语句直接定位于 vector 中间元素：

vector<int>::iterator mid = vi.begin() + vi.size() / 2;

上述代码用来初始化 mid 使其指向 vi 中最靠近正中间的元素。这种直接计算迭代器的方法，与用迭代器逐个元素自增操作到达中间元素的方法是等价的，但前者的效率要高得多。

4、任何改变 vector 长度的操作都会使已存在的迭代器失效。例如，在调用 push_back 之后，就不能再信赖指向 vector 的迭代器的值了。

请看例子：

*iter = i; // set element to which iter refers to i
ivec.push_back(i*2);

加上这句代码没问题，正确运行，但是，我们试图在for循环里面执行，即：

{
    *iter = i; // set element to which iter refers to i
    ivec.push_back(i*2);
}

则会莫名其妙退出！