STL之迭代器(iterator)

1 標頭檔案

所有容器有含有其各自的迭代器型別（iterator types），所以當你使用一般的容器迭代器時，並不需要含入專門的標頭檔案。不過有幾種特別的迭代器，例如逆向迭代器，被定義於<iterator>中。

2 迭代器型別

迭代器共分為五種，分別為: Input iterator、Output iterator、Forward iterator、Bidirectional iterator、Random access iterator。

2.1 Input（輸入）迭代器

只能一次一個向前讀取元素，按此順序一個個傳回元素值。表2.1列出了Input迭代器的各種操作行為。Input迭代器只能讀取元素一次，如果你複製Input迭代器，並使原Input迭代器與新產生的副本都向前讀取，可能會遍歷到不同的值。純粹Input迭代器的一個典型例子就是“從標準輸入裝置（通常為鍵盤）讀取資料”的迭代器。

表示式                      功能表述

*iter                  讀取實際元素

iter->member           讀取實際元素的成員（如果有的話）

++iter                 向前步進（傳回新位置）

iter++                 向前步進（傳回舊位置）

iter1 == iter2         判斷兩個迭代器是否相同

iter1 != iter2         判斷兩個迭代器是否不相等

TYPE(iter)             複製迭代器（copy 建構函式）                                                                  

2.2 Output（輸出）迭代器

Output迭代器和Input迭代器相反，其作用是將元素值一個個寫入。表2.2列出Output迭代器的有效操作。operator*只有在賦值語句的左手邊才有效。Output迭代器無需比較（comparison）操作。你無法檢驗Output迭代器是否有效，或“寫入動作”是否成功。你唯一可以做的就是寫入、寫入、再寫入。

表示式                  功能表述

*iter = value      將元素寫入到迭代器所指位置

++iter             向前步進（傳回新位置）

iter++             向前步進（傳回舊位置）

TYPE(iter)         複製迭代器（copy 建構函式）                                                                  

2.3 Forward（前向）迭代器

Forward迭代器是Input迭代器與Output迭代器的結合，具有Input迭代器的全部功能和Output迭代器的大部分功能。表2.3總結了Forward迭代器的所有操作。Forward迭代器能多次指向同一群集中的同一元素，並能多次處理同一元素。

表示式                 功能表述

*iter               存取實際元素

iter->member        存取實際元素的成員

++iter              向前步進（傳回新位置）

iter++              向前步進（傳回舊位置）

iter1 == iter2      判斷兩個迭代器是否相同

iter1 != iter2      判斷兩個迭代器是否不相等

TYPE()              產生迭代器（default建構函式）

TYPE(iter)          複製迭代器（copy建構函式）

iter1 == iter2      複製                                                              

2.4 Bidirectional（雙向）迭代器

Bidirectional（雙向）迭代器在Forward迭代器的基礎上增加了回頭遍歷的能力。換言之，它支援遞減操作符，用以一步一步的後退操作。

2.5 Random Access（隨機存取）迭代器

Random Access迭代器在Bidirectional迭代器的基礎上再增加隨機存取能力。因此它必須提供“迭代器算數運算”（和一般指標“指標算術運算”相當）。也就是說，它能加減某個偏移量、能處理距離（differences）問題，並運用諸如<和>的相互關係操作符進行比較。以下物件和型別支援Random Access迭代器：

• 可隨機存取的容器（vector, deque）

• strings（字串，string，wstring）

• 一般array（指標）

3 迭代器相關輔助函式

3.1 advance() 令迭代器前進

3.2 distance() 處理迭代器之間的距離

3.3 iter_swap() 交換兩個迭代器所指內容

4  迭代器配接器

4.1 Reverse（逆向迭代器）

逆向迭代器重新定義遞增運算和遞減運算，使其行為正好倒置。成員函式rbegin()和rend()各傳回一個Reverse迭代器，和begin()和end()類似，共同定義一個半開區間。用正向迭代器可以直接構造一個逆向迭代器，但是構造之後會出現“錯位”現象。原因在逆向迭代器要保證半開區間不會越界，可呼叫逆向迭代器的base()函式，保證轉換值的正確性（迭代器移了一位）。

4.2 Insert（安插型）迭代器

Insert迭代器，也稱為inserters，用來將“賦值新值”操作轉換為“安插新值”操作。通過這種迭代器，演算法可以執行安插（insert）行為而非覆蓋（overwrite）行為。所有Insert迭代器都隸屬於Output迭代器型別。所以它只提供賦值（assign）新值的能力。表4.2.1列出Insert迭代器的所有操作函式。

表示式            功能表述

*iter           無實際操作（傳回iter）

iter = value    安插value

++iter          無實際操作（傳回iter）

iter++          無實際操作（傳回iter）

                                                             

C++標準程式庫提供三種Insert迭代器：back inserters, front inserters, general inserters。它們的區別在於插入位置。事實上它們各自呼叫所屬容器中不同的成員函式。所以Insert迭代器初始化時要清楚知道自己所屬的容器是哪一種。表4.2.2列出Insert迭代器的種類。

     名稱                     Class                 其所呼叫的函式             生成函式

Back   inserter     back_inserter_iterator         push_back(value)        back_inserter(cont)

Front inserter      front_insert_iterator          push_front(value)       front_inserter(cont)

General inserter    insert_iterator                insert(pos, value)       inserter(cont, pos)

4.3 Stream（流）迭代器

Stream迭代器是一種迭代器配接器，通過它，你可以把stream當成演算法的原點和終點。更明確的說，一個istream迭代器可以用來從input stream中讀元素，而一個ostream迭代器可以用來對output stream寫入元素。

Stream迭代器的一種特殊形式是所謂的stream緩衝區迭代器，用來對stream緩衝區進行直接讀取和寫入操作。

Ostream迭代器

ostream迭代器 可以被賦予的值寫入output stream中。下表列出ostream迭代器的各項操作

 

         算式                               功能表述

ostream_iterator<T>(ostream)          為ostream產生一個ostream迭代器

ostream_iterator<T>(ostream, delim)   為ostream產生一個ostream迭代器，各元素間以delim為分隔符（請注意，delim的型別是const char*）

*iter                                 無實際操作（傳回iter）

iter = value                          將value寫到ostream，像這樣：ostream<<value。其後再輸出一個delim（分隔符；如有定義的話）

++iter                                無實際操作（傳回iter）

iter++                                 無實際操作（傳回iter）

Istream迭代器

istream迭代器是ostream迭代器的拍檔，用來從input stream讀取元素。透過istream迭代器，演算法可以從stream中直接讀取資料。istream迭代器的各項操作。

        算式                                功能表述

istream_iterator<T>()                 產生一個end-of-stream迭代器

istream_iterator<T>(istream)          為istream產生的一個迭代器（可能立即去讀第一個元素）

*iter                                 傳回先前讀取的值（如果建構函式並未立刻讀取第一個元素值，則本式執行讀取任務）

iter->member                          傳回先前讀取的元素的成員（如果有的話）

++iter                                讀取下一個元素，並傳回其位置

iter++                                讀取下一個元素，並傳回迭代器指向前一個元素

iter1 == iter2                        檢查iter1和iter2是否相等

iter1 != iter2                        檢查iter1和iter2是否不相等

5.下面列舉了些例子說明各個容器的用法：

1、vector
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<char> charVector;

    int x;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charVector.push_back(65 + x);

    int size = charVector.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::vector<char>::iterator start =
            charVector.begin();
        charVector.erase(start);
        std::vector<char>::iterator iter;
        for (iter = charVector.begin(); 
                iter != charVector.end(); iter++)
        {
            std::cout << *iter;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}
2、deque
#include <iostream>
#include <deque>

int main()
{
    std::deque<char> charDeque;
    int x;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charDeque.push_front(65 + x);

    int size = charDeque.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::deque<char>::iterator start =
            charDeque.begin();
        charDeque.erase(start);
        std::deque<char>::iterator iter;
        for (iter = charDeque.begin(); 
                iter != charDeque.end(); iter++)
        {
            std::cout << *iter;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}
3、list
#include <iostream>
#include <list>

int main()
{
    // Create and populate the list.
    int x;
    std::list<char> charList;
    for (x=0; x<10; ++x)
        charList.push_front(65 + x);

    // Display contents of list.
    std::cout << "Original list: ";
    std::list<char>::iterator iter;
    for (iter = charList.begin(); 
            iter != charList.end(); iter++)
    {
        std::cout << *iter;
        //char ch = *iter;
        //std::cout << ch;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // Insert five Xs into the list.
    std::list<char>::iterator start = charList.begin();
    charList.insert(++start, 5, 'X');

    // Display the result.
    std::cout << "Resultant list: ";
    for (iter = charList.begin(); 
    iter != charList.end(); iter++)
    {
        std::cout << *iter;
        //char ch = *iter;
        //std::cout << ch;
    }
    
    return 0;
}
4、set
#include <iostream>
#include <set>

int main()
{
    // Create the set object.
    std::set<char> charSet;

    // Populate the set with values.
    charSet.insert('E');
    charSet.insert('D');
    charSet.insert('C');
    charSet.insert('B');
    charSet.insert('A');

    // Display the contents of the set.
    std::cout << "Contents of set: " << std::endl;
    std::set<char>::iterator iter;
    for (iter = charSet.begin(); iter != charSet.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    // Find the D.
    iter = charSet.find('D');
    if (iter == charSet.end())
        std::cout << "Element not found.";
    else
        std::cout << "Element found: " << *iter;

    return 0;
}
5、multiset
#include <iostream>
#include <set>

int main()
{
    // Create the first set object.
    std::multiset<char> charMultiset1;

    // Populate the multiset with values.
    charMultiset1.insert('E');
    charMultiset1.insert('D');
    charMultiset1.insert('C');
    charMultiset1.insert('B');
    charMultiset1.insert('A');
    charMultiset1.insert('B');
    charMultiset1.insert('D');

    // Display the contents of the first multiset.
    std::cout << "Contents of first multiset: " << std::endl;
    std::multiset<char>::iterator iter;
    for (iter = charMultiset1.begin();
            iter != charMultiset1.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    // Create the second multiset object.
    std::multiset<char> charMultiset2;

    // Populate the multiset with values.
    charMultiset2.insert('J');
    charMultiset2.insert('I');
    charMultiset2.insert('H');
    charMultiset2.insert('G');
    charMultiset2.insert('F');
    charMultiset2.insert('G');
    charMultiset2.insert('I');
    
    // Display the contents of the second multiset.
    std::cout << "Contents of second multiset: "
        << std::endl;
    for (iter = charMultiset2.begin();
    iter != charMultiset2.end(); iter++)
        std::cout << *iter << std::endl;
    std::cout << std::endl;
    
    // Compare the sets.
    if (charMultiset1 == charMultiset2)
        std::cout << "set1 == set2";
    else if (charMultiset1 < charMultiset2)
        std::cout << "set1 < set2";
    else if (charMultiset1 > charMultiset2)
        std::cout << "set1 > set2";
    
    return 0;
}
6、map
#include <iostream>
#include <map>

typedef std::map<int, char> MYMAP;

int main()
{
    // Create the first map object.
    MYMAP charMap1;

    // Populate the first map with values.
    charMap1[1] = 'A';
    charMap1[4] = 'D';
    charMap1[2] = 'B';
    charMap1[5] = 'E';
    charMap1[3] = 'C';

    // Display the contents of the first map.
    std::cout << "Contents of first map: " << std::endl;
    MYMAP::iterator iter;
    for (iter = charMap1.begin();
            iter != charMap1.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Create the second map object.
    MYMAP charMap2;

    // Populate the first map with values.
    charMap2[1] = 'F';
    charMap2[4] = 'I';
    charMap2[2] = 'G';
    charMap2[5] = 'J';
    charMap2[3] = 'H';

    // Display the contents of the second map.
    std::cout << "Contents of second map: " << std::endl;
    for (iter = charMap2.begin();
            iter != charMap2.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Compare the maps.
    if (charMap1 == charMap2)
        std::cout << "map1 == map2";
    else if (charMap1 < charMap2)
        std::cout << "map1 < map2";
    else if (charMap1 > charMap2)
        std::cout << "map1 > map2";
    
    return 0;
}
7、multimap
#include <iostream>
#include <map>

typedef std::multimap<int, char> MYMAP;

int main()
{
    // Create the first multimap object.
    MYMAP charMultimap;

    // Populate the multimap with values.
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(1,'A'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(4,'C'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(2,'B'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(7,'E'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(5,'D'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(3,'B'));
    charMultimap.insert(MYMAP::value_type(6,'D'));

    // Display the contents of the first multimap.
    std::cout << "Contents of first multimap: " << std::endl;
    MYMAP::iterator iter;
    for (iter = charMultimap.begin();
            iter != charMultimap.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Create the second multimap object.
    MYMAP charMultimap2;

    // Populate the second multimap with values.
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(1,'C'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(4,'F'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(2,'D'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(7,'E'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(5,'F'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(3,'E'));
    charMultimap2.insert(MYMAP::value_type(6,'G'));

    // Display the contents of the second multimap.
    std::cout << "Contents of second multimap: " << std::endl;
    for (iter = charMultimap2.begin();
            iter != charMultimap2.end(); iter++)
    {
        std::cout << (*iter).first << " --> ";
        std::cout << (*iter).second << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;

    // Compare the multimaps.
    if (charMultimap == charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 == multimap2";
    else if (charMultimap < charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 < multimap2";
    else if (charMultimap > charMultimap2)
        std::cout << "multimap1 > multimap2";
    
    return 0;
}
8、stack
#include <iostream>
#include <list>
#include <stack>

int main()
{
    std::stack<int, std::list<int> > intStack;

    int x;
    std::cout << "Values pushed onto stack:"
              << std::endl;
    for (x=1; x<11; ++x)
    {
        intStack.push(x*100);
        std::cout << x*100 << std::endl;
    }

    std::cout << "Values popped from stack:"
              << std::endl;
    int size = intStack.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intStack.top() << std::endl;
        intStack.pop();
    }

    return 0;
}
9、queue
#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>

int main()
{
    std::queue<int, std::list<int> > intQueue;

    int x;
    std::cout << "Values pushed onto queue:"
              << std::endl;
    for (x=1; x<11; ++x)
    {
        intQueue.push(x*100);
        std::cout << x*100 << std::endl;
    }

    std::cout << "Values removed from queue:"
              << std::endl;
    int size = intQueue.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intQueue.front() << std::endl;
        intQueue.pop();
    }

    return 0;
}
10、priority_queue
#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>

int main()
{
    std::priority_queue<int, std::vector<int>,std::greater<int> > intPQueue;
    int x;
    intPQueue.push(400);
    intPQueue.push(100);
    intPQueue.push(500);
    intPQueue.push(300);
    intPQueue.push(200);

    std::cout << "Values removed from priority queue:"
              << std::endl;
    int size = intPQueue.size();
    for (x=0; x<size; ++x)
    {
        std::cout << intPQueue.top() << std::endl;
        intPQueue.pop();
    }

    return 0;
}