STL——迭代器的概念

迭代器是一种抽象的设计概念，现实程序语言中并没有直接对应于这个概念的实物。

1 迭代器设计思维——STL关键所在

不论是泛型思维或STL的实际运用，迭代器都扮演这重要的角色。STL的中心思想在于：将数据容器和算法分开，彼此独立设计，最后再以一贴胶着剂将它们撮合在一起。容器和算法的泛型化，从技术的角度来看是并不困难，C++的class template和function templates可分别达成目标。

以下是容器、算法、迭代器的合作展示，以算法find()为例，它接受两个迭代器和一个”搜索目标“：

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

只要给出不同的迭代器，find()便能够对不同的容器进行直接操作：

#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);
    //注意算法和成员方法的区别
    vector<int>::iterator it1=find(ivect.begin(),ivect.end(),4);
    if(it1!=ivect.end())
        cout<<"4 found. "<<*it1<<endl;
    else
        cout<<"4 not found."<<endl;
    list<int>::iterator it2=find(ilist.begin(),ilist.end(),6);
    if(it2==ilist.end())
        cout<<"6 not found. "<<endl;
    else
        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
        cout<<"8 found. "<<*it3<<endl;
}

从上面的例子看来，迭代器似乎依附于在容器之下，是吗？有没有独立而泛用的迭代器？我们又该如何自行设计特殊的迭代器？

2 迭代器是一种smart pointer

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oper->进行重载工作。关于这一点，C++标准库有一个auto_ptr可供我们参考。这是一个用来包含原生指针的对象，声名狼藉的内存泄露问题可借此获得解决。auto_ptr用法如下，和原生指针一模一样：

void func()
{
    auto_ptr<string> ps(new string("jjhou");
    cout<<*ps<<endl;
    cout<<ps->size()<<endl;
//离开前不需要delete，auto_ptr会自动释放内存
}

函数第一行的意思是，以算式new 动态配置一个初值为"jjhou"的string对象，并将所得的结果（一个原生指针）作为auto_ptr<string> 对象的初值。注意，auto_ptr尖括号内放的是”原生指针所指对象“的型别，而不是原生指针的型别。

auto_ptr的源代码在头文件<memory>中：

//file:autoptr.cpp

template<class T>
class auto_ptr{
public:
    explicit auto_ptr(T *p=0):pointee(p) {}
    template<class U>
    auto_ptr(auto_ptr<U>& rhs):pointee(rhs.release()) {}
    ~auto_ptr() {delete pointee;}
    
    template<class U>
    auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<U> &rhs)
    {
        if(this!=rhs) reset(ths.release());
        return *this;
    }

    T& operator*() const { return *pointee;}
    T* operator->() const { return pointee;}
    T* get() const {return pointee;}
    //...
private:
    T *pointee;
};

有了模仿对象，现在我们来为list（链表）设计一个迭代器，假设list机器节点的结构如下：