[C++] 分析std::iterator和std::iterator_traits

std::iterator和std::iterator_traits

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std::iterator

std::iterator是一個模板類，其聲明爲：

template< 
    class Category,
    class T,
    class Distance = std::ptrdiff_t,
    class Pointer = T*,
    class Reference = T& 
> struct iterator;

std :: iterator是爲簡化迭代器所需類型的定義而提供的基類。
也就是說當我們寫一個模板類時，需要定義自己的迭代器iterator，那麼我們可以將std::iterator作爲自定義迭代器的基類。

std::iterator的模板參數：

• Category: 類型爲iterator_category ,迭代器的種類。迭代器種類共有5類，參見c++ primer P365。分別是
  輸入(input_iterator)
輸出(output_iterator)
前向(forward_iterator)
雙向(bidirectional_iterator)
隨機訪問(random_access_iterator)。
  而表示這些迭代器類型的參數分別用 input_iterator_tag
output_iterator_tag
forward_iterator_tag
bidirectional_iterator_tag
random_access_iterator_tag.
• T :類型爲value_type, 可以通過解除引用迭代器獲得的值的類型。 對於輸出迭代器，此類型應爲void。
• Distance: 類型爲difference_type, 一種可用於標識迭代器之間距離的類型。即兩個迭代器相減(若支持的話)的結果類型。
• Pointer: 類型爲pointer,定義指向迭代類型的指針（T）。即指向T類型的指針。
• Reference: 類型爲reference,定義迭代類型的引用（T）。即T的引用類型。

具體例子：

#include <iostream>
#include <algorithm>

template<long FROM, long TO>
class Range {
public:
    // member typedefs provided through inheriting from std::iterator
    class iterator: public std::iterator<
                        std::input_iterator_tag,   // iterator_category
                        long,                      // value_type
                        long,                      // difference_type
                        const long*,               // pointer
                        long                       // reference
                                      >{
        long num = FROM;
    public:
        explicit iterator(long _num = 0) : num(_num) {}
        iterator& operator++() {num = TO >= FROM ? num + 1: num - 1; return *this;}
        iterator operator++(int) {iterator retval = *this; ++(*this); return retval;}
        bool operator==(iterator other) const {return num == other.num;}
        bool operator!=(iterator other) const {return !(*this == other);}
        reference operator*() const {return num;}
    };
    iterator begin() {return iterator(FROM);}
    iterator end() {return iterator(TO >= FROM? TO+1 : TO-1);}
};

int main() {
    // std::find requires a input iterator
    auto range = Range<15, 25>();
    auto itr = std::find(range.begin(), range.end(), 18);
    std::cout << *itr << '\n'; // 18

    // Range::iterator also satisfies range-based for requirements
    for(long l : Range<3, 5>()) {
        std::cout << l << ' '; // 3 4 5
    }
    std::cout << '\n';
}

Output:

18
3 4 5

std::iterator_traits

std::iterator_traits同樣是一個模板類。
std :: iterator_traits是類型trait類，它爲Iterator類型的屬性提供統一的接口。 這使得僅在迭代器方面實現算法成爲可能。
也就是說可以用它訪問iterator類的一些屬性。
舉個例子比如BidirIt是一個iterator類，我們可以訪問它的一些屬性。

typename std::iterator_traits<BidirIt>::difference_type n = std::distance(first, last);  
typename std::iterator_traits<BidirIt>::value_type tmp = *first;    

此處注意typename不可少，這表示我們是訪問的這個類模板的組成參數，而非是它的static成員。