STL之迭代器(iterator)

1 头文件

所有容器有含有其各自的迭代器型别（iterator types），所以当你使用一般的容器迭代器时，并不需要含入专门的头文件。不过有几种特别的迭代器，例如逆向迭代器，被定义于<iterator>中。

2 迭代器类型

迭代器共分为五种，分别为: Input iterator、Output iterator、Forward iterator、Bidirectional iterator、Random access iterator。

2.1 Input（输入）迭代器

只能一次一个向前读取元素，按此顺序一个个传回元素值。表2.1列出了Input迭代器的各种操作行为。Input迭代器只能读取元素一次，如果你复制Input迭代器，并使原Input迭代器与新产生的副本都向前读取，可能会遍历到不同的值。纯粹Input迭代器的一个典型例子就是“从标准输入装置（通常为键盘）读取数据”的迭代器。

表达式                      功能表述

*iter                  读取实际元素

iter->member           读取实际元素的成员（如果有的话）

++iter                 向前步进（传回新位置）

iter++                 向前步进（传回旧位置）

iter1 == iter2         判断两个迭代器是否相同

iter1 != iter2         判断两个迭代器是否不相等

TYPE(iter)             复制迭代器（copy 构造函数）                                                                  

2.2 Output（输出）迭代器

Output迭代器和Input迭代器相反，其作用是将元素值一个个写入。表2.2列出Output迭代器的有效操作。operator*只有在赋值语句的左手边才有效。Output迭代器无需比较（comparison）操作。你无法检验Output迭代器是否有效，或“写入动作”是否成功。你唯一可以做的就是写入、写入、再写入。

表达式                  功能表述

*iter = value      将元素写入到迭代器所指位置

++iter             向前步进（传回新位置）

iter++             向前步进（传回旧位置）

TYPE(iter)         复制迭代器（copy 构造函数）                                                                  

2.3 Forward（前向）迭代器

Forward迭代器是Input迭代器与Output迭代器的结合，具有Input迭代器的全部功能和Output迭代器的大部分功能。表2.3总结了Forward迭代器的所有操作。Forward迭代器能多次指向同一群集中的同一元素，并能多次处理同一元素。

表达式                 功能表述

*iter               存取实际元素

iter->member        存取实际元素的成员

++iter              向前步进（传回新位置）

iter++              向前步进（传回旧位置）

iter1 == iter2      判断两个迭代器是否相同

iter1 != iter2      判断两个迭代器是否不相等

TYPE()              产生迭代器（default构造函数）

TYPE(iter)          复制迭代器（copy构造函数）

iter1 == iter2      复制                                                              

2.4 Bidirectional（双向）迭代器

Bidirectional（双向）迭代器在Forward迭代器的基础上增加了回头遍历的能力。换言之，它支持递减操作符，用以一步一步的后退操作。

2.5 Random Access（随机存取）迭代器

Random Access迭代器在Bidirectional迭代器的基础上再增加随机存取能力。因此它必须提供“迭代器算数运算”（和一般指针“指针算术运算”相当）。也就是说，它能加减某个偏移量、能处理距离（differences）问题，并运用诸如<和>的相互关系操作符进行比较。以下对象和型别支持Random Access迭代器：

• 可随机存取的容器（vector, deque）

• strings（字符串，string，wstring）

• 一般array（指针）

3 迭代器相关辅助函数

3.1 advance() 令迭代器前进

3.2 distance() 处理迭代器之间的距离

3.3 iter_swap() 交换两个迭代器所指内容

4  迭代器配接器

4.1 Reverse（逆向迭代器）

逆向迭代器重新定义递增运算和递减运算，使其行为正好倒置。成员函数rbegin()和rend()各传回一个Reverse迭代器，和begin()和end()类似，共同定义一个半开区间。用正向迭代器可以直接构造一个逆向迭代器，但是构造之后会出现“错位”现象。原因在逆向迭代器要保证半开区间不会越界，可调用逆向迭代器的base()函数，保证转换值的正确性（迭代器移了一位）。

4.2 Insert（安插型）迭代器

Insert迭代器，也称为inserters，用来将“赋值新值”操作转换为“安插新值”操作。通过这种迭代器，算法可以执行安插（insert）行为而非覆盖（overwrite）行为。所有Insert迭代器都隶属于Output迭代器类型。所以它只提供赋值（assign）新值的能力。表4.2.1列出Insert迭代器的所有操作函数。

表达式            功能表述

*iter           无实际操作（传回iter）

iter = value    安插value

++iter          无实际操作（传回iter）

iter++          无实际操作（传回iter）

                                                             

C++标准程序库提供三种Insert迭代器：back inserters, front inserters, general inserters。它们的区别在于插入位置。事实上它们各自调用所属容器中不同的成员函数。所以Insert迭代器初始化时要清楚知道自己所属的容器是哪一种。表4.2.2列出Insert迭代器的种类。

     名称                     Class                 其所调用的函数             生成函数

Back   inserter     back_inserter_iterator         push_back(value)        back_inserter(cont)

Front inserter      front_insert_iterator          push_front(value)       front_inserter(cont)

General inserter    insert_iterator                insert(pos, value)       inserter(cont, pos)

4.3 Stream（流）迭代器

Stream迭代器是一种迭代器配接器，通过它，你可以把stream当成算法的原点和终点。更明确的说，一个istream迭代器可以用来从input stream中读元素，而一个ostream迭代器可以用来对output stream写入元素。

Stream迭代器的一种特殊形式是所谓的stream缓冲区迭代器，用来对stream缓冲区进行直接读取和写入操作。

Ostream迭代器

ostream迭代器 可以被赋予的值写入output stream中。下表列出ostream迭代器的各项操作

 

         算式                               功能表述

ostream_iterator<T>(ostream)          为ostream产生一个ostream迭代器

ostream_iterator<T>(ostream, delim)   为ostream产生一个ostream迭代器，各元素间以delim为分隔符（请注意，delim的型别是const char*）

*iter                                 无实际操作（传回iter）

iter = value                          将value写到ostream，像这样：ostream<<value。其后再输出一个delim（分隔符；如有定义的话）

++iter                                无实际操作（传回iter）

iter++                                 无实际操作（传回iter）

Istream迭代器

istream迭代器是ostream迭代器的拍档，用来从input stream读取元素。透过istream迭代器，算法可以从stream中直接读取数据。istream迭代器的各项操作。

        算式                                功能表述

istream_iterator<T>()                 产生一个end-of-stream迭代器

istream_iterator<T>(istream)          为istream产生的一个迭代器（可能立即去读第一个元素）

*iter                                 传回先前读取的值（如果构造函数并未立刻读取第一个元素值，则本式执行读取任务）

iter->member                          传回先前读取的元素的成员（如果有的话）

++iter                                读取下一个元素，并传回其位置

iter++                                读取下一个元素，并传回迭代器指向前一个元素

iter1 == iter2                        检查iter1和iter2是否相等

iter1 != iter2                        检查iter1和iter2是否不相等

5.下面列举了些例子说明各个容器的用法：

1、vector
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<char> charVector;

    int x;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charVector.push_back(65 + x);

    int size = charVector.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::vector<char>::iterator start =
            charVector.begin();
        charVector.erase(start);
        std::vector<char>::iterator iter;
        for (iter = charVector.begin(); 
                iter != charVector.end(); iter++)
        {
            std::cout << *iter;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}
2、deque
#include <iostream>
#include <deque>

int main()
{
    std::deque<char> charDeque;
    int x;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charDeque.push_front(65 + x);

    int size = charDeque.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::deque<char>::iterator start =
            charDeque.begin();
        charDeque.erase(start);
        std::deque<char>::iterator iter;
        for (iter = charDeque.begin(); 
                iter != charDeque.end(); iter++)
        {
            std::cout << *iter;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}
3、list
#include <iostream>
#include <list>

int main()
{
    // Create and populate the list.
    int x;
    std::list<char> charList;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charList.push_front(65 + x);

    // Display contents of list.
    std::cout << "Original list: ";
    std::list<char>::iterator iter;
    for (iter = charList.begin(); 
            iter != charList.end(); iter++)
    {
        std::cout << *iter;
        //char ch = *iter;
        //std::cout << ch;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // Insert five Xs into the list.
    std::list<char>::iterator start = charList.begin();
    charList.insert(++start, 5, 'X');

    // Display the result.
    std::cout << "Resultant list: ";
    for (iter = charList.begin(); 
    iter != charList.end(); iter++)
    {
        std::cout << *iter;
        //char ch = *iter;
        //std::cout << ch;
    }
    
    return 0;
}
4、set
#include <iostream>
#include <set>

int main()
{
    // Create the set object.
    std::set<char> charSet;

    // Populate the set with values.
    charSet.insert('E');
    charSet.insert('D');
    charSet.insert('C');
    charSet.insert('B');
    charSet.insert('A');

    // Display the contents of the set.
    std::cout << "Contents of set: " << std::endl;
    std::set<char>::iterator iter;
    for (iter = charSet.begin(); iter != charSet.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    // Find the D.
    iter = charSet.find('D');
    if (iter == charSet.end())
        std::cout << "Element not found.";
    else
        std::cout << "Element found: " << *iter;

    return 0;
}
5、multiset
#include <iostream>
#include <set>

int main()
{
    // Create the first set object.
    std::multiset<char> charMultiset1;

    // Populate the multiset with values.
    charMultiset1.insert('E');
    charMultiset1.insert('D');
    charMultiset1.insert('C');
    charMultiset1.insert('B');
    charMultiset1.insert('A');
    charMultiset1.insert('B');
    charMultiset1.insert('D');

    // Display the contents of the first multiset.
    std::cout << "Contents of first multiset: " << std::endl;
    std::multiset<char>::iterator iter;
    for (iter = charMultiset1.begin();
            iter != charMultiset1.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    // Create the second multiset object.
    std::multiset<char> charMultiset2;

    // Populate the multiset with values.
    charMultiset2.insert('J');
    charMultiset2.insert('I');
    charMultiset2.insert('H');
    charMultiset2.insert('G');
    charMultiset2.insert('F');
    charMultiset2.insert('G');
    charMultiset2.insert('I');
    
    // Display the contents of the second multiset.
    std::cout << "Contents of second multiset: "
        << std::endl;
    for (iter = charMultiset2.begin();
    iter != charMultiset2.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;
    
    // Compare the sets.
    if (charMultiset1 == charMultiset2)
        std::cout << "set1 == set2";
    else if (charMultiset1 < charMultiset2)
        std::cout << "set1 < set2";
    else if (charMultiset1 > charMultiset2)
        std::cout << "set1 > set2";
    
    return 0;
}
6、map
#include <iostream>
#include <map>

typedef std::map<int, char> MYMAP;

int main()
{
    // Create the first map object.
    MYMAP charMap1;

    // Populate the first map with values.
    charMap1[1] = 'A';
    charMap1[4] = 'D';
    charMap1[2] = 'B';
    charMap1[5] = 'E';
    charMap1[3] = 'C';

    // Display the contents of the first map.
    std::cout << "Contents of first map: " << std::endl;
    MYMAP::iterator iter;
    for (iter = charMap1.begin();
            iter != charMap1.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Create the second map object.
    MYMAP charMap2;

    // Populate the first map with values.
    charMap2[1] = 'F';
    charMap2[4] = 'I';
    charMap2[2] = 'G';
    charMap2[5] = 'J';
    charMap2[3] = 'H';

    // Display the contents of the second map.
    std::cout << "Contents of second map: " << std::endl;
    for (iter = charMap2.begin();
            iter != charMap2.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Compare the maps.
    if (charMap1 == charMap2)
        std::cout << "map1 == map2";
    else if (charMap1 < charMap2)
        std::cout << "map1 < map2";
    else if (charMap1 > charMap2)
        std::cout << "map1 > map2";
    
    return 0;
}
7、multimap
#include <iostream>
#include <map>

typedef std::multimap<int, char> MYMAP;

int main()
{
    // Create the first multimap object.
    MYMAP charMultimap;

    // Populate the multimap with values.
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(1,'A'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(4,'C'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(2,'B'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(7,'E'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(5,'D'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(3,'B'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(6,'D'));

    // Display the contents of the first multimap.
    std::cout << "Contents of first multimap: " << std::endl;
    MYMAP::iterator iter;
    for (iter = charMultimap.begin();
            iter != charMultimap.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Create the second multimap object.
    MYMAP charMultimap2;

    // Populate the second multimap with values.
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(1,'C'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(4,'F'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(2,'D'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(7,'E'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(5,'F'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(3,'E'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(6,'G'));

    // Display the contents of the second multimap.
    std::cout << "Contents of second multimap: " << std::endl;
    for (iter = charMultimap2.begin();
            iter != charMultimap2.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Compare the multimaps.
    if (charMultimap == charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 == multimap2";
    else if (charMultimap < charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 < multimap2";
    else if (charMultimap > charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 > multimap2";
    
    return 0;
}
8、stack
#include <iostream>
#include <list>
#include <stack>

int main()
{
    std::stack<int, std::list<int> > intStack;

    int x;
    std::cout << "Values pushed onto stack:"
              << std::endl;
    for (x=1; x<11; ++x)
    {
        intStack.push(x*100);
        std::cout << x*100 << std::endl;
    }

    std::cout << "Values popped from stack:"
              << std::endl;
    int size = intStack.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intStack.top() << std::endl;
        intStack.pop();
    }

    return 0;
}
9、queue
#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>

int main()
{
    std::queue<int, std::list<int> > intQueue;

    int x;
    std::cout << "Values pushed onto queue:"
              << std::endl;
    for (x=1; x<11; ++x)
    {
        intQueue.push(x*100);
        std::cout << x*100 << std::endl;
    }

    std::cout << "Values removed from queue:"
              << std::endl;
    int size = intQueue.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intQueue.front() << std::endl;
        intQueue.pop();
    }

    return 0;
}
10、priority_queue
#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>

int main()
{
    std::priority_queue<int, std::vector<int>,std::greater<int> > intPQueue;
    int x;
    intPQueue.push(400);
    intPQueue.push(100);
    intPQueue.push(500);
    intPQueue.push(300);
    intPQueue.push(200);

    std::cout << "Values removed from priority queue:"
              << std::endl;
    int size = intPQueue.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intPQueue.top() << std::endl;
        intPQueue.pop();
    }

    return 0;
}