C++学习笔记：Container和Iterator

C++学习笔记：Container和Iterator
2010-5-26

为什么需要Container

Container和动态对象创建结合起来，实现对大量、数目未知对象的创建、管理。
通常的用法是：根据需要New一个对象；将对象指针保存到Container中；需要访问对象的时候，从Container中获取对象指针。
另外一种管理对象的方法是静态方式，预先创建大规模的对象数组，数量满足系统的最大需要。这种方法会带来性能方面的问题。大量对象创建时要执行构造函数，性能的开销很大。

如何让Container支持不同类型的对象

方法1：Object-Based Hierachy

所有的类都直接或间接地从唯一的根类派生，所有的对象形成单根层级关系。这种方法被很多语言支持，比如Delphi。

对于C++来说，由于支持多继承，不能保证单根对象层次关系，这种方法存在问题。

 

方法2：Template

将类型参数化，代码与具体的类型无关，实现代码的重用。

对于程序员来说，Template的使用更为简单。

 

Template的一些特点：

• 由编译器完成具体类型的替换；
• 定义、声明总是放在头文件中；
• 参数分为class type和Built-in type，后者是compile-time 常量。

Iterator实现

为Container提供一种遍历访问内部元素的机制。Iterator提供了类似指针的行为，使用者可以像访问数组一样访问Container内部的元素，而不必关心Container内部的实现。
Iterator使得不同Container具备相同的元素访问接口。那么，对元素的处理函数可以保持独立，不依赖与具体的Container。元素的处理函数在STL中被称为算法，可以说Iterator机制是STL中算法的基石。

 

Iterator典型的用法：
vector s;
vector::iterator it;
for (it = s.begin(); it != s.end(); it++) {
    cout << *it << endl;
}

从这段代码，我们可以了解到iterator实现上的一些功能要求：

• iterator内嵌于Container中；
• Container的begin(), end() 函数创建iterator对象；
• iterator要支持运算符=, !=, ++, *；

下面是一个iterator实现的简单例子：

#include <iostream>
using namespace std;
template
class PStack {
    struct LINK {
        T* data;
        LINK* next;
        LINK(T* v, LINK* lk): data(v), next(lk) {}
    }* head;
public:
    PStack(): head(NULL) {}
    ~PStack() {
        while (!head) {
            delete pop();
        }
    }

    void add(T* val) {
        head = new LINK(val, head);
    }
    T* pop() {
        if (head == NULL) {
            return NULL;
        }
        T* data = head->data;
        LINK* old = head;

        head = head->next;

        delete old;
        return data;
    }

    class iterator;
    friend class iterator;

    class iterator {
        PStack* s;
        LINK* p;
    public:
        iterator(): s(NULL), p(NULL) {}
        iterator(PStack* v): s(v), p(v->head) {}
        iterator(PStack* v, bool): s(v), p(NULL) {}

        // copy constructor
        iterator(const iterator& it) {
            s = it.s;
            p = it.p;
        }
        // =
        iterator& operator=(const iterator& it) {
            s = it.s;
            p = it.p;
            return *this;
        }
        // !=
        bool operator!= (const iterator& it) {
            return (p != it.p);
        }
        // ++
        void operator++(int) {
            if (p != NULL) {
                p = p->next;
            }
        }
        // *
        T* operator*() {
            if (p == NULL) {
                return NULL;
            }

            return p->data;
        }

    };
    // create an iterator object
    iterator begin() {
        return iterator(this);
    }
    // create an iterator object
    iterator end() {
        return iterator(this, true);
    }
};

int main() {
    PStack s;
    PStack::iterator it;
    s.add(new int(2));
    s.add(new int(4));
    s.add(new int(1));
    s.add(new int(3));
    for (it = s.begin(); it != s.end(); it++) {
        cout << *it << ":" << **it << endl;
    }

    return 0;
}