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C++教程之迭代器Iterator

news 2025/9/6 22:27:56

前言

之前的两篇文章我们主要了解了vector和string的相关知识，从中我们知道可以通过下标来访问vector的元素或者string的字符，但是除了这种方式还有一种更为通用的方式获取元素，那就是迭代器，这篇文章就会简单介绍迭代器的相关内容。

迭代器简介

在我们使用容器去存储元素的时候有时候会需要获取存储的元素，而迭代器就是用于从容器中获取元素的，基本上所有容器的库都支持迭代器，但是只有其中一小部分支持下标获取元素的。虽然string不是容器但是其支持很多容器的操作，其中就包括下标和迭代器。

与指针类似，迭代器提供了一种间接获取对象的方式，对于迭代器而言，这个对象就是容器中的元素或者string中的字符，我们可以通过迭代器获取一个元素，与此同时也可以将指向的对象从一个对象移到下一个对象。迭代器还和指针一样有有效和无效之分，所有代表容器中元素或最后一个元素的下一个位置都是有效的，其他所有的迭代器都是无效的。

迭代器的使用

不像指针，我们不使用地址操作符去获取一个迭代器，每一个支持迭代器的类型都有函数可以返回迭代器，这些类型都有名为begin和end的函数，begin返回的是代表第一个元素的迭代器，end的返回的迭代器是容器或者字符串的最后一个元素的下一个位置，这个迭代器代表着最后一个元素的下一个位置，是一个不存在的元素。如果容器为空，则begin和end返回的是同一个迭代器。

auto b = v.begin(), e = v.end()

迭代器的操作

对于指针，我们可以使用解引用符获取一个迭代器的元素，和指针相同，我们只能通过解引用符获取一个有效的迭代器的元素，如果解引用一个最后一个元素之后的迭代器结果是未知的。

# include<iostream>
# include<string>
using namespace std;int main() {string s("some string");if (s.begin() != s.end()) {auto it = s.begin();*it = toupper(*it);}cout<<s<<endl;}

上述的例子就是通过迭代器获取字符串s的首个字符并将其大写。

迭代器从一个元素移动到另一个元素

迭代器私用自增操作符从一个元素移动到该元素的下一个元素，自增一个迭代器与自增一个整型十分类似，对于整型而言，自增的是其本身的值，对于迭代器而言，其影响是往前进一个位置。

由于end返回的不是一个元素，所以其不能自增或者解引用

使用自增操作我们可以重写之前的程序：

# include<iostream>
# include<string>
using namespace std;int main() {string s("some string");for (auto it = s.begin(); it != s.end() && !isspace(*it); ++it) {*it = toupper(*it);}cout<<s<<endl;}

如上例所示，我们通过迭代器可以实现循环遍历。

迭代器的类型

正如我们并不准确知道vector的准确类型或者string的size，同样的，我们也不知道同时也不需要知道迭代器的准确类型，但是根据迭代器的读写权限定义了以下几种迭代器的类型:

 vector<int>::iterator it; //it可以读也可以写vector<int>的元素string::iterator it2; //it2可以读写字符串里的字符vector<int>::const_iterator it3; //it3可以读但是不可以写元素string::const_iterator it4; //it4可以读但是不可以写字符串里面的字符

const_iterator表现就像是常量指针，可以读取元素但是不能写元素

begin和end操作

begin和end返回的结果取决于它们操作的对象是不是常量，如果操作对象是常量，那么begin和end返回的就是const_iterator，如果对象不是常量，那么返回的就是iterator。

# include<iostream>
# include<string>
# include<vector>
using namespace std;int main() {
vector<int> v;
const vector<int> cv;
auto it1 = v.begin(); //it返回的是vector<int>::iterator
auto it2 = v.begin(); //it返回的是vector<int>::const_iterator
}

这种默认的返回策略有时候并不满足需求，在一些情况下一些非常量的vector我们只想读取元素，避免元素被更改，在C++11中提供了以下新的方法cbegin和cend，无论vetor是不是常量都返回const_iterator。

auto it3 = v.cbegin();

迭代器的数学运算

处理之前提到自增和自减外，迭代器还支持以下数学运算，虽然迭代器是没有下标的概念的，但是一下运算都可以理解为是对于下标的操作，如加减就是自增和自减的普通形式，就是向前移动或者向后移动，大小比较就是前后位置的比较。

操作	解释
iter + n	同一个容器向前移动n
iter - n	同一个容器向后移动
iter1 += n	将移动结果赋值给iter1
iter1 -= n	将移动结果赋值给iter1
>, >=, <, <=	相对位置的比较

这么说起来可能又带你抽象，下面用一个二分法来说明：

# include<iostream>
# include<string>
# include<vector>
using namespace std;int main() {vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};auto beg = v.begin(), end = v.end();auto mid = v.begin() + (end - beg) / 2;int target = 2;while (mid != end && *mid != target){if (target < *mid) {end = mid;} else{beg = mid;}mid = beg + (end - beg) / 2;}cout<<to_string(*mid)<<endl;}

以上例子会打印2，也就是元素2的位置。