STL学习笔记之迭代器--iterator(源码剖析)
来源:互联网 发布:centos 配置smtp 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 03:11
迭代器(iterator)是STL里面很基础也很重要的一个东西,迭代器的traits技术设计的很棒(在上一篇文章《STL笔记之空间配置器》中提到destroy函数使用了traits技术来判断对象是否具有trivial destructor,然后通过重载自动选择合适的实现版本)。
迭代器是一种行为类似指针的对象,因为指针最常用的是->和*两个操作符,因此迭代器最重要的编程工作也是对这两个操作符的重载的实现。
1. 初探traits技术
假设现在定义了这样一个迭代器MyIter,当我们拿到一个MyIter对象时,如何判断他的类型呢?
template<class T>struct MyIter{ T* ptr; MyIter(T* p=0) : ptr(p) {} T& operator*() const { return *ptr; }}; MyIter<int> iter(new int(1)); // What's type of *iter ???在STL的实现中,给MyIter添加了一个value_type的定义,然后通过MyIter::value_type取得对应的类型,这就是所谓的traits技术了。
#include <iostream>using namespace std; template<class T>struct MyIter{ typedef T value_type; // value_type定义 T* ptr; MyIter(T* p=0) : ptr(p) {} T& operator*() const { return *ptr; }}; template<class I>typename I::value_type // typename用于指明I::value_type是个类型func(I ite){ return *ite;} int main(int argc, char **argv){ MyIter<int> ite(new int(8)); cout << func(ite) << endl; return 0;}// 输出8
上面的代码中通过模板参数的value_type来推导出具体的类型,注意typename用于指明I::value_type是个类型,如果没有typename的话,编译器将把value_type当成I的一个member或者member function。
问题:既然说迭代器是一种智能指针,那么func对于普通的原始指针也应该是可用的,但是普通的原始指针不是对象,并不不具备value_type这内嵌个类型的定义,解决之道就是使用偏特化技术(partial specialization)。
2. 模板特化
C++模板的分两种:偏特化和全特化(所谓偏特化是指部分特化)。
特化(或者说全特化,specialized)不过是一个花哨的术语,意思是形参不再为形参,它们已经有了确定的值;而偏特化(partial specialization)的意思是提供另一份template的定义,其本身仍然是一个template,或者说针对template参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。
#include <iostream>using namespace std; // traits模板的定义template<class I>struct my_traits{ typedef typename I::value_type value_type;}; // 针对T*的偏特化版本template<class T>struct my_traits<T*>{ typedef T value_type;}; // 针对const T*的偏特化版本template<class T>struct my_traits<const T*>{ typedef T value_type;}; // MyIter定义template<class T>struct MyIter{ typedef T value_type; T* ptr; MyIter(T* p=0) : ptr(p) {} T& operator*() const { return *ptr; }}; // func函数模板,注意返回类型为typename my_traits<I>::value_typetemplate<class I>typename my_traits<I>::value_typefunc(I ite){ return *ite;} int main(int argc, char **argv){ MyIter<int> ite(new int(8)); cout << func(ite) << endl; int *p = new int(1); const int *pc = new int(2); cout << func(p) << endl; cout << func(pc) << endl; return 0;}// 输出8 1 2
经过添加模板偏特化版本的定义之后,func对于原始指针也可以支持了。本文重点描述迭代器相关特性,所以关于特化的更多介绍,请自行搜索相关资料。
3. 迭代器基本框架
按照约定,迭代器需要定义5个内嵌类型:iterator_category、value_type、difference_type、pointer、reference
#include <iostream>using namespace std; // traits模板的定义template<class I>struct my_traits{ typedef typename I::value_type value_type;}; // 针对T*的偏特化版本template<class T>struct my_traits<T*>{ typedef T value_type;}; // 针对const T*的偏特化版本template<class T>struct my_traits<const T*>{ typedef T value_type;}; // MyIter定义template<class T>struct MyIter{ typedef T value_type; T* ptr; MyIter(T* p=0) : ptr(p) {} T& operator*() const { return *ptr; }}; // func函数模板,注意返回类型为typename my_traits<I>::value_typetemplate<class I>typename my_traits<I>::value_typefunc(I ite){ return *ite;} int main(int argc, char **argv){ MyIter<int> ite(new int(8)); cout << func(ite) << endl; int *p = new int(1); const int *pc = new int(2); cout << func(p) << endl; cout << func(pc) << endl; return 0;}// 输出8 1 2
这些类型所表示的意义如下:
value type 用来表示迭代器所指对象的型别;
difference type 用来表示两个迭代器之间的距离;
reference 为引用类型;
pointer 为指针类型;
iterator_category 表明迭代器的类型;
根据迭代器移动特性与施行动作,迭代器被分为五类:
1. Input Iterator:这种迭代器所指对象,不允许外界改变,只读(read only);
2. Output Iterator:唯写(write only);
3. Forward Iterator:允许「写入型」算法(例如 replace())在此种迭代器所形成的区间上做读写动作;
4. Bidirectional Iterator:可双向移动。某些算法需要逆向走访某个迭代器区间(例如逆向拷贝某范围内的元素),就可以使用 Bidirectional Iterators;
5. Random Access Iterator:前四种迭代器都只供应一部份指标算术能力(前3
种支持 operator++ ,第4种再加上 operator–),第5种则涵盖所有指标算术能力,包括 p+n, p-n, p[n], p1-p2, p1<p2 ;<="" p="">
几种迭代器之间的关系图:
4. iterator源码
#ifndef __SGI_STL_INTERNAL_ITERATOR_BASE_H#define __SGI_STL_INTERNAL_ITERATOR_BASE_H #include <concept_checks.h> __STL_BEGIN_NAMESPACE // 五种迭代器tag的定义struct input_iterator_tag {};struct output_iterator_tag {};struct forward_iterator_tag : public input_iterator_tag {};struct bidirectional_iterator_tag : public forward_iterator_tag {};struct random_access_iterator_tag : public bidirectional_iterator_tag {}; // input_iterator 定义template <class _Tp, class _Distance> struct input_iterator { // 类别为 input_iterator_tag typedef input_iterator_tag iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef _Distance difference_type; typedef _Tp* pointer; typedef _Tp& reference;}; // output_iterator 定义struct output_iterator { // 类别为 output_iterator_tag typedef output_iterator_tag iterator_category; typedef void value_type; typedef void difference_type; typedef void pointer; typedef void reference;}; template <class _Tp, class _Distance> struct forward_iterator { typedef forward_iterator_tag iterator_category; // ...}; template <class _Tp, class _Distance> struct bidirectional_iterator { typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; // ...}; template <class _Tp, class _Distance> struct random_access_iterator { typedef random_access_iterator_tag iterator_category; // ...}; #ifdef __STL_USE_NAMESPACES// iterator 定义template <class _Category, class _Tp, class _Distance = ptrdiff_t, class _Pointer = _Tp*, class _Reference = _Tp&>struct iterator { typedef _Category iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef _Distance difference_type; typedef _Pointer pointer; typedef _Reference reference;};#endif /* __STL_USE_NAMESPACES */ // 偏特化#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION // iterator_traits 模板template <class _Iterator>struct iterator_traits { typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category; typedef typename _Iterator::value_type value_type; typedef typename _Iterator::difference_type difference_type; typedef typename _Iterator::pointer pointer; typedef typename _Iterator::reference reference;}; // iterator_traits 针对指针的特化版本template <class _Tp>struct iterator_traits<_Tp*> { typedef random_access_iterator_tag iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef _Tp* pointer; typedef _Tp& reference;}; // iterator_traits 针对const指针的特化版本template <class _Tp>struct iterator_traits<const _Tp*> { typedef random_access_iterator_tag iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef const _Tp* pointer; typedef const _Tp& reference;}; // 获取迭代器的类型 (返回一个该类型的对象)template <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::iterator_category__iterator_category(const _Iter&){ typedef typename iterator_traits<_Iter>::iterator_category _Category; return _Category();} // 获取迭代器的 __distance_typetemplate <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::difference_type*__distance_type(const _Iter&){ return static_cast<typename iterator_traits<_Iter>::difference_type*>(0);} // 获取迭代器的 __value_typetemplate <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::value_type*__value_type(const _Iter&){ return static_cast<typename iterator_traits<_Iter>::value_type*>(0);} // __iterator_category 的const参数版本template <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::iterator_categoryiterator_category(const _Iter& __i) { return __iterator_category(__i); } // __distance_type 的const参数版本template <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::difference_type*distance_type(const _Iter& __i) { return __distance_type(__i); } // __value_type 的const参数版本template <class _Iter>inline typename iterator_traits<_Iter>::value_type*value_type(const _Iter& __i) { return __value_type(__i); } #define __ITERATOR_CATEGORY(__i) __iterator_category(__i)#define __DISTANCE_TYPE(__i) __distance_type(__i)#define __VALUE_TYPE(__i) __value_type(__i) #else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */// 如果不支持偏特化,那么就需要定义iterator_category的函数重载的形式了// 这里略去了此部分源代码的解释,因为估计也只有{非主流}编译器才不支持偏特化吧 #endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */ // 体验traits技术的威力,针对不同的迭代器类型定义不同的distance实现版本// _InputIterator 版本template <class _InputIterator, class _Distance>inline void __distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Distance& __n, input_iterator_tag){ while (__first != __last) { ++__first; ++__n; }} // _RandomAccessIterator版本template <class _RandomAccessIterator, class _Distance>inline void __distance(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last, _Distance& __n, random_access_iterator_tag){ __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _RandomAccessIterator); __n += __last - __first;} // distance 接口// 注意 _RandomAccessIterator 也是 _InputIteratortemplate <class _InputIterator, class _Distance>inline void distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Distance& __n){ __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator); // 通过 iterator_category 取得迭代器类型 __distance(__first, __last, __n, iterator_category(__first));} #ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION// 对_Distance进行了特化template <class _InputIterator>inline typename iterator_traits<_InputIterator>::difference_type__distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, input_iterator_tag){ typename iterator_traits<_InputIterator>::difference_type __n = 0; while (__first != __last) { ++__first; ++__n; } return __n;} template <class _RandomAccessIterator>inline typename iterator_traits<_RandomAccessIterator>::difference_type__distance(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last, random_access_iterator_tag) { __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _RandomAccessIterator); return __last - __first;} template <class _InputIterator>inline typename iterator_traits<_InputIterator>::difference_typedistance(_InputIterator __first, _InputIterator __last) { typedef typename iterator_traits<_InputIterator>::iterator_category _Category; __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator); return __distance(__first, __last, _Category());} #endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */ // 体验traits技术的威力,针对不同的迭代器类型定义不同的advance实现版本// _InputIterator 版本template <class _InputIter, class _Distance>inline void __advance(_InputIter& __i, _Distance __n, input_iterator_tag) { while (__n--) ++__i;} #if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__) && (_MIPS_SIM != _MIPS_SIM_ABI32)#pragma set woff 1183#endif // _BidirectionalIterator 之前前进与后退template <class _BidirectionalIterator, class _Distance>inline void __advance(_BidirectionalIterator& __i, _Distance __n, bidirectional_iterator_tag) { __STL_REQUIRES(_BidirectionalIterator, _BidirectionalIterator); if (__n >= 0) while (__n--) ++__i; else while (__n++) --__i;} #if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__) && (_MIPS_SIM != _MIPS_SIM_ABI32)#pragma reset woff 1183#endif // _RandomAccessIterator版本template <class _RandomAccessIterator, class _Distance>inline void __advance(_RandomAccessIterator& __i, _Distance __n, random_access_iterator_tag) { __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _RandomAccessIterator); __i += __n;} // advance 接口template <class _InputIterator, class _Distance>inline void advance(_InputIterator& __i, _Distance __n) { __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator); __advance(__i, __n, iterator_category(__i));} __STL_END_NAMESPACE #endif /* __SGI_STL_INTERNAL_ITERATOR_BASE_H */
代码中有distance和advance两个函数,通过traits技术自动使用最佳的实现函数。
5. __type_traits
除了iterator_traits采用了traits技术外,还有一个叫做__type_traits的东西,也就是文章开头提到的:上一篇文章《STL笔记之空间配置器》就用到了__type_traits。
// 模拟true和false定义的两个空类型struct __true_type {}; struct __false_type {}; template <class _Tp>struct __type_traits { typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first; // 默认都是返回__false_type // 无意义的构造函数 typedef __false_type has_trivial_default_constructor; // 无意义的复制构造函数 typedef __false_type has_trivial_copy_constructor; // 无意义的赋值操作符 typedef __false_type has_trivial_assignment_operator; // 无意义的析构函数 typedef __false_type has_trivial_destructor; // 是否是POD类型 typedef __false_type is_POD_type;}; // #define __STL_TEMPLATE_NULL template<>// 这里定义的都是全特化版本__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<char> { typedef __true_type has_trivial_default_constructor; typedef __true_type has_trivial_copy_constructor; typedef __true_type has_trivial_assignment_operator; typedef __true_type has_trivial_destructor; typedef __true_type is_POD_type;};// ... // 用于判断一个函数是否是整数类型template <class _Tp> struct _Is_integer { // 默认不是整数类型 typedef __false_type _Integral;}; // 全特化版本__STL_TEMPLATE_NULL struct _Is_integer<char> { typedef __true_type _Integral;};
6. 迭代器设计模式
迭代器模式是GoF提出的23中设计模式之一,迭代器模式提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素,而又不暴露该对象的内部表示。就如刚接触map/set等关联容器的时候,我们能够通过迭代器访问所有容器元素,却不知道容器是用红黑树实现的一样。
迭代器模式的类图结构如下:
原文链接:http://www.programlife.net/stl-iterator.html,作者:代码疯子(Wins0n)
- STL学习笔记之迭代器--iterator(源码剖析)
- STL源码剖析之迭代器Iterator
- 《STL源码剖析》学习笔记4——迭代器(Iterator)
- STL源码剖析之Iterator
- STL学习笔记之容器--vector(二)源码剖析
- STL学习笔记之容器--list(二)源码剖析
- STL学习笔记之容器--deque(二)源码剖析
- STL学习笔记之迭代器--iterator
- STL源码剖析__迭代器iterator
- 《STL源码剖析》学习笔记之一 迭代器
- 《STL源码剖析》学习笔记(二)
- STL源码剖析学习笔记(一)
- STL源码剖析学习笔记(二)
- STL源码剖析学习笔记(三)
- STL源码剖析 笔记之三 迭代器
- 《STL源码剖析学习笔记》
- 《STL源码剖析》学习笔记
- 《STL源码剖析》学习之迭代器
- 使用Unversial-image-loader来异步加载网络图片和本地图片(二)完结篇
- 点击按钮切换图片
- 关于mexfuntion超级好的输入输出总结
- 第3题
- vs2010中添加qt的对话框
- STL学习笔记之迭代器--iterator(源码剖析)
- ASM(一) 利用Core API 解析和生成字节码
- Merge Two Sorted Lists
- android分辨率
- 【Treap】[BZOJ 1208]宠物收养所
- Yii学习笔记之二(使用gii生成一个简单的例子)
- Android项目页面跳转小Demo
- STL学习笔记之空间配置器
- 黑马程序员——Foundation框架——包装类以及NSDate