C++ 迭代器的類型
C++ 對於常用的數據結構進行了封裝，例如：
- 數組 :
vector,array,string. - 鏈表 ：
list,forward_list. - 棧 ：
stack. - 隊列 ：
deque,queue. - 樹 ：
set,map,multimap,multiset - 哈希表：
unorder_set,unorder_map,unorder_multiset,unorder_multimap.
數據結構的封裝常常是爲了給使用者提供更加方便的操作；上面的數據結構以及非常的多了，如果我們需要操作其中保存在數據結構中的成員應該怎麼辦呢？STL爲了給使用者提供方便，讓使用者在不瞭解任何的底層實現的時候，也能使用這個數據結構成員，給每個容器結構設計了一個迭代器iterator, 使用者通過iterator遍歷訪問或者操作容器中的數據，而不需要掌握數據結構（例如二叉樹需要中序遍歷等等）。
C++除了提供容器之外，還對容器提供了相關的算法，例如：
void advance(_InIt& _Where, _Diff _Off)
代表迭代器前移多少個。
爲了使得算法能夠更好的使用迭代器，STL對迭代器提供了分類，每種不同類型的迭代器使用不同的算法實現細節來完成。
1. 迭代器類型的定義
我們以vector中的迭代器爲例：
template<class _Myvec>
class _Vector_iterator
: public _Vector_const_iterator<_Myvec>
{ // iterator for mutable vector
public:
using _Mybase = _Vector_const_iterator<_Myvec>;
using iterator_category = random_access_iterator_tag;
using value_type = typename _Myvec::value_type;
using difference_type = typename _Myvec::difference_type;
using pointer = typename _Myvec::pointer;
using reference = value_type&;
};
在vector的迭代器，定義了一個迭代器的類型using iterator_category = random_access_iterator_tag;,代表這個迭代器可以隨機的訪問（+，-， 偏移等操作）。
STL整個的迭代器類型如下：
struct input_iterator_tag
{ // identifying tag for input iterators
};
struct output_iterator_tag
{ // identifying tag for output iterators
};
struct forward_iterator_tag
: input_iterator_tag
{ // identifying tag for forward iterators
};
struct bidirectional_iterator_tag
: forward_iterator_tag
{ // identifying tag for bidirectional iterators
};
struct random_access_iterator_tag
: bidirectional_iterator_tag
{ // identifying tag for random-access iterators
};
從上我們發現迭代器分爲輸入、輸出、正向、雙向、隨機訪問五種。
每種類型的迭代器使用用一個xxxx_iterator_tag變量類型來定義。
2. 迭代器類型的使用
我們看下C++的迭代器怎麼使用的，這裏使用最簡單的算法advance爲例：
template<class _InIt,
class _Diff>
_CONSTEXPR17 void _Advance1(_InIt& _Where, _Diff _Off, input_iterator_tag)
{ // increment iterator by offset, input iterators
_STL_ASSERT(_Off >= 0, "negative advance of non-bidirectional iterator");
for (; 0 < _Off; --_Off)
{
++_Where;
}
}
template<class _BidIt,
class _Diff>
_CONSTEXPR17 void _Advance1(_BidIt& _Where, _Diff _Off, bidirectional_iterator_tag)
{ // increment iterator by offset, bidirectional iterators
for (; 0 < _Off; --_Off)
{
++_Where;
}
// the following warning is triggered if _Diff is unsigned
#pragma warning(suppress: 6294) // Ill-defined for-loop: initial condition does not satisfy test.
// Loop body not executed.
for (; _Off < 0; ++_Off)
{
--_Where;
}
}
template<class _RanIt,
class _Diff>
_CONSTEXPR17 void _Advance1(_RanIt& _Where, _Diff _Off, random_access_iterator_tag)
{ // increment iterator by offset, random-access iterators
_Where += _Off;
}
template<class _InIt,
class _Diff>
_CONSTEXPR17 void advance(_InIt& _Where, _Diff _Off)
{ // increment iterator by offset, arbitrary iterators
// we remove_const_t before _Iter_cat_t for better diagnostics if the user passes an iterator that is const
_Advance1(_Where, _Off, _Iter_cat_t<remove_const_t<_InIt>>());
}
這裏分別對不同類型的迭代器做實現：
void _Advance1(_InIt& _Where, _Diff _Off, input_iterator_tag): 代表正向的迭代器。void _Advance1(_BidIt& _Where, _Diff _Off, bidirectional_iterator_tag): 雙向的迭代器：void _Advance1(_RanIt& _Where, _Diff _Off, random_access_iterator_tag): 隨機訪問的迭代器。
也就是說算法針對不同類型的迭代器，實現了不同的算法細節。
那麼C++怎麼知道一個迭代器屬於那種類型呢？這個就跟_Iter_cat_t<remove_const_t<_InIt>>()這個操作有關了，這個操作的代碼如下：
template<class _Iter>
using _Iter_cat_t = typename iterator_traits<_Iter>::iterator_category;
也就是說是使用萃取機的iterator_traits<_Iter>::iterator_category;來提取迭代器的iterator_category,然後使用iterator_category來創建一個臨時對象來匹配函數。
3. 總結
STL的算法針對迭代器進行操作，爲了算法的高效，需要對不同的迭代器使用不同的算法實現，因此每個迭代器都定義了一個iterator_category來表示迭代器的類型。算法在運行的時候，就會根據iterator_category不同，來選擇具體的算法細節。