C++ STL 迭代器
C++ STL 迭代器
STL概述的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念，但这种分离确实使得变得非常通用。例如，由于的函数是完全通用的，你可以用它来操作几乎任何数据集合，包括链表，容器和数组。
要点
STL算法作为模板函数提供。为了和其他组件相区别，以后接一对圆括弧的方式表示，例如\(sort()\)。
STL另一个重要特性是它不是面向对象的。为了具有足够通用性，主要依赖于模板而不是封装，继承和虚函数（多态性）的三个要素。你在中找不到任何明显的类继承关系。这好像是一种倒退，但这正好是使得的组件具有广泛通用性的底层特征。另外，由于是基于模板，内联函数的使用使得生成的代码短小高效。
提示
确保在编译使用了STL的 程序中至少要使用-O优化来保证内联扩展。
STL 组件
STL提供了大量的模板类和函数，可以在OOP和常规 编程中使用。所有的STL的大约50个算法都是完全通用的，而且不依赖于任何特定的数据类型。下面的小节说明了三个基本的STL 组件：
1）迭代器提供了访问容器中对象的方法。例如，可以使用一对迭代器指定list或vector中的一定范围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指 针也是一种迭代器。但是，迭代器也可以是那些定义了operator*()以及其他类似于指针的操作符地方法的类对象。
2）容器是一种数据结构，如list，vector，和deques ，以模板类的方法提供。为了访问容器中的数据，可以使用由容器类输出的迭代器。
3）算法是用来操作容器中的数据的模板函数。例如，STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序，用find()来搜索一个list中的对象。 函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关，因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。
头文件
为了避免和其他头文件冲突， STL的头文件不再使用常规的.h扩展。为了包含标准的string类，迭代器和算法，用下面的指示符：
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
如果你查看STL的头文件，你可以看到象iterator.h和stl_iterator.h这样的头文件。由于这些名字在各种STL实现之间都可能不同，你应该避免使用这些名字来引用这些头文件。为了确保可移植性，使用相应的没有.h后缀的文件名。表1列出了最常使用的各种容器类的头文件。该表并 不完整，对于其他头文件，我将在本章和后面的两章中介绍。
表 1. STL头文件和容器类
| #include | Container Class |
|---|---|
| deque | |
| list | |
| map, multimap | |
| queue, priority_queue | |
| set, multiset | |
| stack | |
| vector, vector |
名字空间
你的编译器可能不能识别名字空间。名字空间就好像一个信封，将标志符封装在另一个名字中。标志符只在名字空间中存在，因而避免了和其他标志符冲突。例如，可能有其他库和 程序模块定义了sort()函数，为了避免和STL地sort()算法冲突，STL的sort()以及其他标志符都封装在名字空间std中。STL的sort()算法编译为std::sort()，从而避免了名字冲突。 尽管你的编译器可能没有实现名字空间，你仍然可以使用他们。为了使用STL，可以将下面的指示符插入到你的源代码文件中，典型地是在所有的#include指示符的后面：
using namespace std;
```
## 迭代器
迭代器提供对一个容器中的对象的访问方法，并且定义了容器中对象的范围。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器不仅仅是指针，因此你不能认为他们一定具有地址值。例如，一个数组索引，也可以认为是一种迭代器。
迭代器有各种不同的创建方法。程序可能把迭代器作为 一个变量创建。一个STL容器类可能为了使用一个特定类型的数据而创建一个迭代器。作为指针，必须能够使用*操作符类获取数据。你还可以使用其他数学操作 符如$++$。典型的，++操作符用来递增迭代器，以访问容器中的下一个对象。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面，则迭代器变成past-the- end值。使用一个past-the-end值得指针来访问对象是非法的，就好像使用NULL或为初始化的指针一样。
### 提示
STL不保证可以从另一个迭代器来抵达一个迭代器。例如，当对一个集合中的对象排序时，如果你在不同的结构中指定了两个迭代器，第二个迭代器无法从第一个迭代器抵达，此时程序注定要失败。这是STL灵活性的一个代价。STL不保证检测毫无道理的错误。
### 迭代器的类型
对于STL数据结构和算法，你可以使用五种迭代器。下面简要说明了这五种类型：
- Input iterators 提供对数据的只读访问。
- Output iterators 提供对数据的只写访问
- Forward iterators 提供读写操作，并能向前推进迭代器。
- Bidirectional iterators提供读写操作，并能向前和向后操作。
- Random access iterators提供读写操作，并能在数据中随机移动。
尽管各种不同的STL实现细节方面有所不同，还是可以将上面的迭代器想象为一种类继承关系。从这个意义上说，下面的迭代器继承自上面的迭代器。由于 这种继承关系，你可以将一个Forward迭代器作为一个output或input迭代器使用。同样，如果一个算法要求是一个bidirectional 迭代器，那么只能使用该种类型和随机访问迭代器。
### 指针迭代器
正如下面的小程序显示的，一个指针也是一种迭代器。该程序同样显示了STL的一个主要特性——它不只是能够用于它自己的类类型，而且也能用于任何C或C++类型。
Listing 1, iterdemo.cpp, 显示了如何把指针作为迭代器用于STL的find()算法来搜索普通的数组。
```cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define SIZE 100
int iarray[SIZE];
int main()
{
iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if (ip == iarray + SIZE)
cout << "50 not found in array" << endl;
else
cout << *ip << " found in array" << endl;
return 0;
}
```
在引用了I/O流库和STL算法头文件（注意没有.h后缀），该 程序告诉编译器使用std名字空间。使用std名字空间的这行是可选的，因为可以删除该行对于这么一个小程序来说不会导致名字冲突。 程序中定义了尺寸为SIZE的全局数组。由于是全局变量，所以运行时数组自动初始化为零。下面的语句将在索引20位置处地元素设置为50,并使用find()算法来搜索值50:
```cpp
iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
```
find() 函数接受三个参数。头两个定义了搜索的范围。由于C和C++数组等同于指针，表达式`iarray`指向数组的第一个元素。而第二个参数`iarray + SIZE`等同于`past-the-end` 值，也就是数组中最后一个元素的后面位置。第三个参数是待定位的值，也就是50。find()函数返回和前两个参数相同类型的迭代器，这儿是一个指向整数 的指针ip。
提示
必须记住STL使用模板。因此，STL函数自动根据它们使用的数据类型来构造。 为了判断find()是否成功，例子中测试ip和 past-the-end 值是否相等：
```cpp
if (ip == iarray + SIZE) ...
```
如果表达式为真，则表示在搜索的范围内没有指定的值。否则就是指向一个合法对象的指针，这时可以用下面的语句显示：
```cpp
cout << *ip << " found in array" << endl;
```
测试函数返回值和$NULL$是否相等是不正确的。不要象下面这样使用：
``` cpp
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if (ip != NULL) ... // ??? incorrect
```
当使用STL函数时，只能测试`ip`是否和`past-the-end` 值是否相等。尽管在本例中ip是一个C++指针,其用法也必须符合STL迭代器的规则。
### 容器迭代器
尽管C++指针也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一样，但和将迭代器申明为指针 变量不同的是，你可以使用容器类方法来获取迭代器对象。两个典型的容器类方法是`begin()`和`end()`。它们在大多数容器中表示整个容器范围。其他一 些容器还使用`rbegin()`和`rend()`方法提供反向迭代器，以按反向顺序指定对象范围。 下面的 程序创建了一个矢量容器（STL的和数组等价的对象），并使用迭代器在其中搜索。该 程序和前一章中的程序相同。
```cpp
Listing 2. vectdemo.cpp #include <iostream.h>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
vector<int> intVector(100);
void main()
{
intVector[20] = 50;
vector<int>::iterator intIter =
find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);
if (intIter != intVector.end())
cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;
else
cout << "Vector does not contain 50" << endl;
}
```
注意用下面的方法显示搜索到的数据：
```cpp
cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;
```
### 常量迭代器
和指针一样，你可以给一个迭代器赋值。例如，首先申明一个迭代器：``` vector<int>::iterator first;```
该语句创建了一个`vector<int>`类的迭代器。下面的语句将该迭代器设置到```int Vector```的第一个对象，并将它指向的对象值设置为123：
```cpp
first = intVector.begin();
*first = 123;
```
这种赋值对于大多数容器类都是允许的，除了只读变量。为了防止错误赋值，可以申明迭代器为：
```cpp
const vector<int>::iterator result;
result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);
if (result != intVector.end())
*result = 123; // ???
```
