《STL源码剖析》学习笔记-第3章 迭代器

1、迭代器设计思维-STL关键所在

迭代器：就是提供一种方法，在不需要暴露某个容器的内部表现形式情况下，使之能依次访问该容器中的各个元素。

STL的中心思想在于：将数据容器（containers）和算法（algorithms）分开，彼此独立设计，最后再以一帖粘合剂将它们撮合在一起。只要对算法给予不同的迭代器，就可以对不同容器进行相同的操作。

以算法find( )为例，它接受2个迭代器和1个”搜寻目标”：

// 摘自SGI <stl_algo.h>template <class InputIterator, class T>InputIterator find(InputIterator first,InputIterator last,const T& value){    while (first != last && *first != value)        ++first;    return first;}

只要给予不同的迭代器，find()便能够对不同的容器进行查找操作：

#include <vector>#include <list>#include <deque>#include <algorithm>#include <iostream>using namespace std;int main(){    const int arraySize = 7;    int ia[arraySize] = { 0,1,2,3,4,5,6 };    vector<int> ivect(ia, ia+arraySize);    list<int> ilist(ia, ia+arraySize);    deque<int> ideque(ia, ia+arraySize);    vector<int>::iterator it1 = find(ivect.begin(), ivect.end(), 4);    if (it1 == ivect.end())        cout << "4 not found." << endl;    else // 結果：4 found. 4        cout << "4 found. " << *it1 << endl;    list<int>::iterator it2 = find(ilist.begin(), ilist.end(), 6);    if (it2 == ilist.end())        cout << "6 not found." << endl;    else// 結果：6 found. 6        cout << "6 found. " << *it2 << endl;    deque<int>::iterator it3 = find(ideque.begin(), ideque.end(), 8);    if (it3 == ideque.end())        cout << "8 not found." << endl;    else// 結果：8 not found.        cout << "8 found. " << *it3 << endl;    return 0;}

2、迭代器是一种智能指针

迭代器是一种行为类似指针的对象，而指针的各种行为中最常见也最重要的便是内容提领（dereference）和成员访问（member access），因此，迭代器最重要的编程工作就是对 operator* 和 operator-> 进行重载（overloading）工作。

使得所有实现细节得以封装起来，不被使用者看到，是每一种STL容器都提供有专属迭代器的缘故。

3、Traits编程技法——STL源代码门钥

迭代器所指对象的型别，称为迭代器的value type。

我们知道：
（1）通过函数模板的参数类型推导解决函数体内声明变量的问题
（2）进一步，函数模板的参数类型推导推而导之的只是参数，无法推导函数的返回值型别。这时，如果需要返回类型是迭代器所指对象的类型，解决办法就是内嵌类型声明，即在迭代器内部添加一种“特性”，通过这种“特性”，算法可以很容易地获知迭代器所指对象的类型。

但是，问题来了，并不是所有迭代器都是class type。原生指针是迭代器，但它不是一种类类型，无法定义内嵌类型。怎么办？针对原生指针做特殊化的处理，利用模板偏特化就可以做到了。

利用模板偏特化解决原生指针不能内嵌类型的问题，iterator_traits就是关键。

在STL实现中，traits编程技术利用了“内嵌类型”的编程技巧与C++的template参数推导功能，弥补了C++类型识别方面的不足。通过traits，算法可以原汁原味的将迭代器的属性萃取出来，帮助算法正确高效的运行。

所谓traits，其意义是，如果template <class I>中的I定义有自己的value type，那么通过这个traits的作用，萃取出来的value_type就是I::value_type。traits就像一台”特性萃取机”，萃取出各个迭代器的特性。

4、迭代器基本框架

最常用到的迭代器相应型别有五类：value type, difference type, pointer, reference, iterator catagoly。

STL提供的iterator class如下。它不含任何成员，纯粹只是型别定义。

template <class Category,          class T,          class Distance = ptrdiff_t,          class Pointer = T*,          class Reference = T&>struct iterator {    typedef Category    iterator_category;    typedef T           value_type;    typedef Distance    difference_type;    typedef Pointer     pointer;    typedef Reference   reference;};

特性萃取机traits会很原汁原味的榨取出来：

template <class I>struct iterator_traits {  typedef typename I::iterator_category iterator_category;  typedef typename I::value_type        value_type;  typedef typename I::difference_type   difference_type;  typedef typename I::pointer           pointer;  typedef typename I::reference         reference;};

这些类型所表示的意义如下：

value type 表示迭代器所指对象的型别；difference type 表示两个迭代器之间的距离；也可表示一个容器最大容量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.