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  • C++学习笔记之迭代器

    模板是的算法独立于存储的数据类型,而迭代器使算法独立于使用的容器类型。理解迭代器是理解STL的关键。

    迭代器应该具备的特征:

    (1)应该能够对迭代器进行解除引用的操作,以便能够访问它引用的值。即如果P是一个迭代器,则应该对*P进行定义

    (2)应该能够将一个迭代器赋给另一个迭代器。如果P和Q都是迭代器,则应对P=Q定义。

    (3)应该能够对迭代器进行比较,看它们是否相等。即如果P和Q都是迭代器,则应对P==Q和P!=Q进行定义。

    (4)应该能够使用迭代器遍历容器中的所有元素,这可以通过迭代器定义的++P和P++来实现。

    值得注意的是,常规的指针就能够满足迭代器的要求,因此可以将指针看作是一种迭代器。

    说了这么多,也许你并不理解,没关系,读完下面实例,再回头看这些陈述,你就会发现so easy!

     

    下面来看具体实例解释:

    首先在double数组中搜索特定值的函数,可以这样编写该函数:

    1 double * find_ar(double * ar, int n, const double & val)
    2 {
    3     for (int i = 0; i < n; i++)
    4         if (ar[i] == val)
    5             return &ar[i];//成功找到,返回该值的地址
    6     return 0; //否则返回空指针
    7 }

    可以看出,该算法是与特定的数据容器(数组)关联在一起的;

    下面是搜索另一种数据结构-----链表的算法,每个节点的指针域都指向下一个节点,链表最后一个节点的指针被设为0:

    同样,该算法是与特定的数据容器(数组)关联在一起的。

     1 struct Node
     2 {
     3     double item;
     4     Node * p_next;
     5 };
     6 Node * find_ll(Node * head, const double & val)
     7 {
     8     Node * start;
     9     for (start = head; start != 0; start = start->p_next)
    10         if ( start->item == val) 
    11             return start;
    12     return 0;
    13 }

    于是,大神们就想:有木有一种算法可以独立于这些数据容器(链表,数组等)呢?显然,操作相同(如:都是搜索一种元素),容器一变,算法就要重写,确实很麻烦。即搞出一种算法,不论数据容器怎么变,该算法都适用。于是迭代器应运而生!

    重新编写find_arr()函数:

     1 typedef double * iterator;
     2 iterator find_ar(iterator begin, iterator end, const double & val)
     3 {
     4         iterator ar;
     5         for (ar = begin; ar != end; ar++)
     6         {
     7             if (*ar == val)
     8                 return ar;
     9             return end;//表示没有找到
    10         }
    11 }

    程序解释:begin是指向数组起始位置,end指向数组的超尾,解释一下超尾, 超尾就是数组最后一个元素后面的一个元素(当然有可能是空值,但显然这个元素已经不在数组范围了)的位置,特别注意不要理解为数组最后一个元素的位置,这点很重要,搞清楚begin和end的概念之后,相信上面的程序很容易理解了。至于如何让begin指向数组第一个元素,如何让end指向超尾和本讨论无关,当然也丝毫不影响对本讨论的理解,所以完全不用多想这个问题。

    对于find_ll()函数,先定义一个迭代器类,看不懂没关系,只需要感性上知道这个迭代器类定义了*,++,==,!=等运算符是干啥的。大致浏览一遍,定义iterator类不是重点(否则本讨论就应该改名“类的定义及其使用”,哈哈),千万不要纠结iterator类的定义,以为这种纠结会影响对本讨论的理解,再次声明本讨论主要介绍为什么使用迭代器,以及迭代器的原理,至于具体迭代器类的定义是根据具体需要可以自定义的,不用想太多,读完这篇,只要搞懂我们使用迭代器的意义在哪里就证明你完成了阅读任务,而具体的迭代器的定义,STL里面早就有人帮我们写好了,不是我们操心的事!这里写出来只是方便讨论,感性认识一下即可。

     1 struct Node 
     2 {
     3     double item;
     4     Node * p_next;
     5 };
     6  class iterator
     7  {
     8  private:
     9      Node * pt;
    10  public:
    11      //构造函数重构,使用列表初始化
    12      iterator() : pt(0) {} 
    13      iterator(Node * pn) : pt(pn) {}
    14      double operator * () {return pt -> item;}//定义*操作符
    15      iterator& operator++() //定义++前缀操作符,及++it
    16      {
    17          pt = pt->p_next;
    18          return *this;
    19      }
    20      iterator& operator++(int) //定义++后缀操作符,及it++
    21      {
    22          iterator tmp = *this;
    23          pt = pt->p_next;
    24          return tmp;
    25      }
    26 //...operator==()operator!=(),etc
    27  };

    正如前面所说,重点不是如何定义iterator类,而是有了这样的类(库函数里有,大家不用就纠结如何定义哈,这样的类已经有了,否则我在这里废话半天有毛用),第二个搜索函数find_ll()可以改写为:

     

     1  iterator find_ll(iterator head, const double & val)
     2 {
     3         iterator start;
     4         for (start = head; start != 0; ++start)
     5         {
     6             if (*start == val)
     7                 return start;
     8             return 0;//表示没有找到
     9         }
    10 }

    可以发现这和find_ar()几乎相同,只是find_ar()使用超尾迭代词end,而find_ll()使用存储在最后一个节点中的空值0.

    于是进一步改进,在定义数据容器的迭代器时,要求数组和链表都有一个超尾元素(C++在STL确实也是这样做的),并在迭代器达到超尾时结束搜索。这样,find_ar()和find_ll()检测数据尾的方式将相同,从而成为相同的算法。

    最后做一个总结:STL遵循上面介绍的方法。首先,每个容器类(vector, list, deque)定义了相应的迭代器类型。对于其中某个类,迭代器可能是指针;而对于另一个容器类,则可能是对象。不管实现方式如何,迭代器都将提供所需要的操作,如*和++等等。其次,每一个容器类都一个超尾标记,当迭代器递增到超越容器的最后一个值后,这个值将被赋给迭代器。每个容器类都有begin()和end()方法,它们分别返回一个指向容器的第一个元素和超尾位置的迭代器。每个容器类都使用++操作,让迭代器从指向第一个元素逐步指向超尾位置,从而遍历容器中的每一个元素。

    再次强调,使用容器类时,无需知道其迭代器是如何实现的,也无需知道超尾是如何实现的,而只需知道它有迭代器,其begin()返回一个指向第一个元素的迭代器,end()一个指向超尾位置的迭代器即可。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/90zeng/p/Cpp_iterator.html
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