第三章 标准库类型(part 3) 迭代器

3.4. 迭代器简介

除了使用下标来访问 vector 对象的元素外，标准库还提供了另一种访问元素的方法：使用迭代器（iterator）。

迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。

     标准库为每一种标准容器（包括vector）定义了一种迭代器类型。

迭代器类型提供了比下标操作更通用化的方法：所有的标准库容器都定义了相应的迭代器类型，而只有少数的容器支持下标操作。

因为迭代器对所有的容器都适用，现代 C++ 程序更倾向于使用迭代器而不是下标操作访问容器元素，即使对支持下标操作的vector 类型也是这样。

容器的 iterator 类型

每种容器类型都定义了自己的迭代器类型，如 vector：

     vector<int>::iterator iter;

这符语句定义了一个名为 iter 的变量，它的数据类型是 vector<int> 定义的 iterator 类型。每个标准库容器类型都定义了一个名为iterator 的成员，这里的iterator 与迭代器实际类型的含义相同。

术语：迭代器和迭代器类型

程序员首次遇到有关迭代器的术语时可能会困惑不解，原因之一是由于同一个术语iterator 往往表示两个不同的事物。

一般意义上指的是迭代器的概念；而具体而言时指的则是由容器定义的具体的iterator 类型，如vector<int>。

重点要理解的是，有许多用作迭代器的类型，这些类型在概念上是相关的。若一种类型支持一组确定的操作（这些操作可用来遍历容器内的元素，并访问这些元素的值），我们就称这种类型为迭代器。

各容器类都定义了自己的 iterator 类型，用于访问容器内的元素。\

换句话说，每个容器都定义了一个名为iterator 的类型，而这种类型支持（概念上的）迭代器的各种操作。

begin 和 end 操作

每种容器都定义了一对命名为 begin 和end 的函数，用于返回迭代器。如果容器中有元素的话，由begin 返回的迭代器指向第一个元素：

     vector<int>::iterator iter = ivec.begin();

上述语句把 iter 初始化为由名为 vector 操作返回的值。假设 vector 不空，初始化后，iter 即指该元素为ivec[0]。

由 end 操作返回的迭代器指向vector 的“末端元素的下一个”。“超出末端迭代器”（off-the-end iterator）。表明它指向了一个不存在的元素。如果vector 为空，begin 返回的迭代器与end 返回的迭代器相同。

由 end 操作返回的迭代器并不指向vector 中任何实际的元素，相反，它只是起一个哨兵（sentinel）的作用，表示我们已处理完vector 中所有元素。

vector 迭代器的自增和解引用运算

迭代器类型定义了一些操作来获取迭代器所指向的元素，并允许程序员将迭代器从一个元素移动到另一个元素。

迭代器类型可使用解引用操作符（dereference operator）（*）来访问迭代器所指向的元素：

     *iter = 0;

解引用操作符返回迭代器当前所指向的元素。假设 iter 指向 vector 对象 ivec 的第一元素，那么*iter 和ivec[0] 就是指向同一个元素。上面这个语句的效果就是把这个元素的值赋为 0。

迭代器使用自增操作符向前移动迭代器指向容器中下一个元素。从逻辑上说，迭代器的自增操作和 int 型对象的自增操作类似。对int 对象来说，操作结果就是把int 型值“加 1”，而对迭代器对象则是把容器中的迭代器“向前移动一个位置”。因此，如果iter 指向第一个元素，则 ++iter 指向第二个元素。

由于 end 操作返回的迭代器不指向任何元素，因此不能对它进行解引用或自增操作。

迭代器的其他操作

另一对可执行于迭代器的操作就是比较：用 == 或 != 操作符来比较两个迭代器，如果两个迭代器对象指向同一个元素，则它们相等，否则就不相等。

假设已声明了一个 vector<int> 型的 ivec 变量，要把它所有元素值重置为 0，可以用下标操作来完成：

     // reset all the elements in ivec to 0     for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != ivec.size(); ++ix)             ivec[ix] = 0;

上述程序用 for 循环遍历 ivec 的元素，for 循环定义了一个索引 ix ，每循环迭代一次 ix 就自增 1。for 循环体将ivec 的每个元素赋值为 0。

更典型的做法是用迭代器来编写循环：

 // equivalent loop using iterators to reset all the elements in ivec to 0     for (vector<int>::iterator iter = ivec.begin();                                iter != ivec.end(); ++iter)         *iter = 0;  // set element to which iter refers to 0

for 循环首先定义了 iter，并将它初始化为指向ivec 的第一个元素。for 循环的条件测试iter 是否与end 操作返回的迭代器不等。每次迭代iter 都自增 1，这个 for 循环的效果是从ivec 第一个元素开始，顺序处理vector 中的每一元素。最后，iter 将指向 ivec 中的最后一个元素，处理完最后一个元素后，iter 再增加 1，就会与end 操作的返回值相等，在这种情况下，循环终止。

for 循环体内的语句用解引用操作符来访问当前元素的值。和下标操作符一样，解引用操作符的返回值是一个左值，因此可以对它进行赋值来改变它的值。上述循环的效果就是把ivec 中所有元素都赋值为 0。

通过上述对代码的详细分析，可以看出这段程序与用下标操作符的版本达到相同的操作效果：从 vector 的第一个元素开始，把 vector 中每个元素都置为 0。

《注解》：

如果 vector 为空，程序是安全的。因为如果 ivec 为空，则 begin 返回的迭代器不指向任何元素——由于没有元素，所以它不能指向任何元素。在这种情况下，从begin 操作返回的迭代器与从end 操作返回的迭代器的值相同，因此for 语句中的测试条件立即失败。

const_iterator

前面的程序用 vector::iterator 改变 vector 中的元素值。

每种容器类型还定义了一种名为 const_iterator 的类型，该类型只能用于读取容器内元素，但不能改变其值。

当我们对普通 iterator 类型解引用时，得到对某个元素的非 const。而如果我们对const_iterator 类型解引用时，则可以得到一个指向const 对象的引用，如同任何常量一样，该对象不能进行重写。

例如，如果 text 是 vector<string> 类型，程序员想要遍历它，输出每个元素，可以这样编写程序：

     // use const_iterator because we won't change the elements     for (vector<string>::const_iterator iter = text.begin();                                   iter != text.end(); ++iter)         cout << *iter << endl; // print each element in text

除了是从迭代器读取元素值而不是对它进行赋值之外，这个循环与前一个相似。由于这里只需要借助迭代器进行读，不需要写，这里把iter 定义为const_iterator 类型。当对const_iterator 类型解引用时，返回的是一个const 值。不允许用const_iterator: 进行赋值

     for (vector<string>::const_iterator iter = text.begin();                                  iter != text.end(); ++ iter)         *iter = " ";     // error: *iter is const

使用 const_iterator 类型时，我们可以得到一个迭代器，它自身的值可以改变，但不能用来改变其所指向的元素的值。可以对迭代器进行自增以及使用解引用操作符来读取值，但不能对该元素赋值。

不要把 const_iterator 对象与 const 的 iterator 对象混淆起来。

声明一个 const 迭代器时，必须初始化迭代器。一旦被初始化后，就不能改变它的值：

     vector<int> nums(10);  // nums is nonconst     const vector<int>::iterator cit = nums.begin();     *cit = 1;               // ok: cit can change its underlying element     ++cit;                  // error: can't change the value of cit

const_iterator 对象可以用于 const vector 或非const vector，因为不能改写元素值。const 迭代器这种类型几乎没什么用处：一旦它被初始化后，只能用它来改写其指向的元素，但不能使它指向任何其他元素。

     const vector<int> nines(10, 9);  // cannot change elements in nines     // error: cit2 could change the element it refers to and nines is const     const vector<int>::iterator cit2 = nines.begin();     // ok: it can't change an element value, so it can be used with a const vector<int>     vector<int>::const_iterator it = nines.begin();     *it = 10; // error: *it is const     ++it;     // ok: it isn't const so we can change its value

迭代器的算术操作

除了一次移动迭代器的一个元素的增量操作符外，vector 迭代器（其他标准库容器迭代器很少）也支持其他的算术操作。这些操作称为迭代器算术操作（iterator arithmetic），包括：

• iter + n

  iter - n

• 可以对迭代器对象加上或减去一个整形值。这样做将产生一个新的迭代器，其位置在 iter 所指元素之前（加）或之后（减）n 个元素的位置。加或减之后的结果必须指向iter 所指vector 中的某个元素，或者是 vector 末端的后一个元素。加上或减去的值的类型应该是vector 的size_type 或difference_type 类型（参考下面的解释）。

• 该表达式用来计算两个迭代器对象的距离，该距离是名为 difference_type 的signed 类型size_type 的值，这里的difference_type 是 signed 类型，因为减法运算可能产生负数的结果。该类型可以保证足够大以存储任何两个迭代器对象间的距离。iter1 与iter2 两者必须都指向同一vector 中的元素，或者指向vector 末端之后的下一个元素。

可以用迭代器算术操作来移动迭代器直接指向某个元素，例如，下面语句直接定位于 vector 中间元素：

     vector<int>::iterator mid = vi.begin() + vi.size() / 2;

上述代码用来初始化 mid 使其指向 vi 中最靠近正中间的元素。

这种直接计算迭代器的方法，与用迭代器逐个元素自增操作到达中间元素的方法是等价的，但前者的效率要高得多。

《注解》：任何改变 vector 长度的操作都会使已存在的迭代器失效。例如，在调用 push_back 之后，就不能再信赖指向vector 的迭代器的值了。