C++迭代器详解（包括iterator、const_iterator、reverse_iterator、const_reverse_iterator）

简介：
本文章深入解析了C++中的四种迭代器类型：iterator、const_iterator、reverse_iterator和const_reverse_iterator，帮助读者全面理解它们的功能与应用场景。 ### 概念 C++ 中的迭代器是一种机制，用于遍历标准模板库（STL）容器中的元素，并且它扮演着“智能指针”的角色。 #### 迭代器的特点： - **智能指针**：迭代器可以像操作普通指针一样访问数据结构中的元素。 - **复杂性适配**：不同的容器有不同的内部结构，因此它们拥有不同类型的迭代器。 - **通用性**：定义的迭代器类型不仅限于特定实例容器对象，适用于同一类别的所有容器。 ### 迭代器分类 C++ 的 STL 定义了五种主要的迭代器： 1. **输入迭代器（Input Iterator）**： - 支持前向移动和读取操作。 - 不支持写入或后退操作，适用于只读场景如 `std::istream_iterator`。 2. **输出迭代器（Output Iterator）**： - 仅支持写操作及前向移动。 - 常用于将数据写到文件或者标准输出流中，例如使用 `std::ostream_iterator` 进行实现。 3. **向前迭代器（Forward Iterator）**： - 在输入迭代器的基础上增加了多次前进的能力，但不提供后退功能。如 `std::list` 的迭代器就是一种典型的向前迭代器类型。 4. **双向迭代器（Bidirectional Iterator）**： - 支持前后移动操作。 - 大多数关联容器 (例如 `std::map`, `std::set`) 使用此类迭代器实现其功能特性。 5. **随机访问迭代器（Random Access Iterator）**： - 功能最全面，除了支持前进和后退之外还可以通过指针算术直接跳转到任何位置。 - 如 `std::vector` 和 `std::array` 的迭代器属于此类别。 ### 使用注意事项 在使用迭代器时通常需要声明适当的类型（例如：`string::iterator`），然后调用容器的成员函数如 `begin()` 和 `end()` 获取首尾迭代器，再通过循环结构遍历元素。解引用操作符 (`*i`) 可以获取当前指向对象的一个副本。 对于仅需读取而不修改的情况，则推荐使用带有“const”前缀的迭代器类型（`const_iterator`, `const_reverse_iterator`）。这类迭代器不允许对容器中的元素进行任何更改，即使这些元素本身是可变的。 ### C++11 引入的新特性 C++11 中引入了 `cbegin()` 和 `cend()` 函数来返回 const 类型的迭代器。它们对于常量容器来说非常有用且清晰明了地表明不会修改其中的数据。同时，非常量容器也可以继续使用传统的 `begin()` 和 `end()` 方法；但推荐采用新方法以强调其安全性。 ### 逆序遍历 逆序迭代器（`reverse_iterator`, `const_reverse_iterator`）允许从尾部开始向前访问元素。 - 使用成员函数如 `rbegin()`, `rend()` 获取容器的末尾和首元素前一个位置的反向迭代器，以进行逆序操作。 ### 实际应用 选择合适的迭代器类型对于编写高效且安全的代码至关重要。了解并熟练使用这些类型的特性将有助于更好地利用 STL 提供的功能库。