C++迭代器之'反向迭代器'

反向迭代器(Reverse Iterator)是普通迭代器的适配器，通过重新定义自增和自减操作，以达到按反序遍历元素的目的。如果在标准算法库中用反向迭代器来代替普通的迭代器，那么运行结果与正常情况下相反。除此之外，其用法与普通迭代器完全一样，我们不作详细讨论。

反向迭代器reverse_iterator是一种反向遍历容器的迭代器，也就是从最后一个元素到第一个元素遍历容器。反向迭代器的自增(或自减)的含义反过来了：对于反向迭代器，++运算符将访问前一个元素，–运算符将访问下一个元素。 

 

反向迭代器与迭代器的转换 

    reverse_iterator与iterator都继承自_Iterator_base，它们是可以相互转换的。 

• 调用reverse_iterator的base()方法可以获取"对应的"iterator。 
  
• 可以用iterator构造一个"对应的"reverse_iterator。 
  

   下面的两个例子展示了它们之间的转换： 

list<int> test_list; 
for (size_t i = 1; i < 8; i++) 
{ 
    test_list.push_back( i*2 ); 
} 
list<int>::reverse_iterator rit = find(test_list.rbegin(), test_list.rend(), 8); 
list<int>::iterator it(rit.base()); 
cout << *rit << endl; 
cout << *it << endl;

 

   上面的代码是先查找到一个指向8的reverse_iterator，并reverse_iterator的base()方法得到一个iterator。但是从输出上看，iterator指向的元素的值并不是8，而是10。 

 

list<int> test_list; 
for (size_t i = 1; i < 8; i++) 
{ 
    test_list.push_back( i*2 ); 
} 
list<int>::iterator it = find(test_list.begin(), test_list.end(), 8); 
list<int>::reverse_iterator rit(it); 
cout << *it << endl; 
cout << *rit << endl; 

   上面的代码是先查找一个指向8的iterator，然后用该iterator构造一个reverse_iterator。但是从输出上看，reverse_iterator指向的元素并不是8，而是6。 

 

       接下来主要讨论的是反向迭代器的一个很特殊、也很容易出错的性质，即它的“逻辑位置”与“物理位置”。先通过看一个例子开始：

vector<int> vec;
for(vector<int>::size_type i=1; i<10; ++i)
{
    vec.push_back(i);
}

vector<int>::iterator itr = vec.begin()+4;
cout<<*itr<<endl;
vector<int>::reverse_iterator r_itr(itr);
cout<<*r_itr<<endl;

这个例子中，vec中存放从1到9的9个连续数字，并初始化一个普通迭代器指向数字5，打印输出结果显而易见，为5。然后再初始化一个反向迭代器，该迭代器指向与普通迭代器一样的物理位置，然后打印输出，这时结果为多少呢？

       如果你不了解反向迭代器这个特殊的性质的话，很容易误认为结果一样是5。但实际情况不是这样，而是4，即前一个位置处的元素！具体原因，即涉及到反向迭代器的“物理位置”与“逻辑位置”两个概念。

       我们都知道，一个容器的范围用普通迭代器表示为一个“半开半闭”的区间。头部为begin，指向容器第一个元素的位置。末尾为end，指向最后一个元素的下一个位置，每个容器都提供了这样一个位置，尽管该位置不可引用，但却是个合法的地址。相反，第一个元素位置的前一个位置容器却没有任何保证，比如对于vector和string来说，就是非法的位置。这里我们说“合法”与“非法”，简单来讲，可以这样认为，一个合法的位置对于迭代器来说是可以达到的，像最后一个元素的下一个位置end()。而对于首元素的前一个位置，迭代器是无法指向它的，begin()-1这个表达式会导致异常。因此，反向迭代器与普通迭代器在物理位置上保持了一一对应，即rbegin()对应普通迭代器的end()位置，rend()对应其begin()位置。

       但是，为了让反向迭代器与普通迭代器在概念上保持一致性，即begin()（反向迭代器对应为rbegin()）对应第一个元素（对于反向迭代器来说，最后一个元素即第一个元素），end()（反向迭代器对应为rend()）对应最后一个元素的下一个位置，于是标准库的设计者们想出这样一个方法，即反向迭代器的逻辑位置等于其物理位置的前一个位置。换句话说，物理位置对应迭代器在内存中的实际位置，逻辑位置对应迭代器对应容器中元素的位置。这样，对于rbegin()来说，它物理位置是容器最后一个元素的下一个位置，逻辑位置即容器最后一个元素的位置（对反向迭代器来说就是第一个元素元素的位置），同理rend()物理位置为容器第一个元素位置，逻辑位置即第一个位置的前一个位置（依然不可解引用）。这样，反向迭代器与普通迭代器便有了一致的概念，即“半开半闭”区间。更为直观的演示如下图：

 

       (该图片来自：《The C++ Standard Library, A Tutorial And Reference》)

        这样，开头那个例子就很容易解释了，反向迭代器被初始化为与前一个普通迭代器一样的物理位置（对应元素5），其逻辑位置即前一个位置，因些通过解引用得到元素4.

 

 

反向迭代器的操作 

   了解了反向迭代器与迭代器的关系，再来对容器进行操作就很简单了。下面是常用操作的例子，例子中用的test_list的内容如上图所示： 

1. 遍历容器 

for(list<int>::reverse_iterator rit = test_list.rbegin(); rit != test_list.rend(); ++rit) 
{ 
    cout<< *rit << " "; 
} 

2. 插入元素 

    假设要在rit指向的位置插入一个新元素150,那么150应该在8和10之间。对于rit而言，150应该插入到rit的前一个位置。对于it (it = rit.base()),150应该插入it的前一个位置。 

所以，要实现在一个reverse_iterator rit指出的位置上插入新元素，在rit.base()指向的位置插入就行了。 

    操作代码如下： 

list<int>::reverse_iterator rit = find(test_list.rbegin(), test_list.rend(), 8); 
test_list.insert(rit.base(), 150); 

3. 删除元素 

    假设要删除rit指向的元素，就不直能删除rit.base()指向的元素了，rit指向的是8，而rit.base()指向的是10。实际上我们要删除的是rit.base()的前一个元素。 

所以，要实现在一个reverse_iterator rit指出的位置上删除元素，那么删除rit.base()的前一个元素就行了。 

操作代码如下： 

for(list<int>::reverse_iterator rit = test_list.rbegin(); rit != test_list.rend();) 
{ 
    if (8 == *rit) 
    { 
        list<int>::iterator it = –rit.base() ;  // 用(++rit).base()也可; 
        list<int>::iterator it_after_del = test_list.erase(it); 
        rit = list<int>::reverse_iterator(it_after_del); 
    } 
    else 
    { 
        ++rit; 
    } 
} 

    调用erase()删除元素后，返回值是指向被删除的元素的下一个元素的iterator，所以还需要把返回的iterator变成reverse_iterator赋值给rit。 

当然，上面的代码写成这样也是一个意思： 

for(list<int>::reverse_iterator rit = test_list.rbegin(); rit != test_list.rend();) 
{ 
    if (8 == *rit) 
    { 
        rit = list<int>::reverse_iterator(test_list.erase(–rit.base())); 
    } 
    else 
    { 
        ++rit; 
    } 
}