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c++：迭代器（Iterator）

news 来源：原创 2025/8/6 2:49:17

🚪什么是迭代器？

🔧 迭代器的本质

为什么不用普通数组或下标？

STL容器的迭代器并不是共用一个类型！

迭代器的类型（Iterator Categories）

📦 常见容器的迭代器类型

✅ 迭代器最常用的动作

🚸 初学者推荐写法：使用 auto 和范围for

🚪什么是迭代器？

迭代器 = “智能指针”，用来一个一个地访问容器中的元素。

你可以想象迭代器像是容器中的“手指”或“光标”：

指着某个元素
可以向前走（甚至有些还能往后走）
能取出或修改元素

示例对比：用数组 vs 用迭代器

int arr[] = {10, 20, 30};
for (int i = 0; i < 3; i++) {std::cout << arr[i];
}

改成 vector + 迭代器写法：

std::vector<int> v = {10, 20, 30};
for (std::vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {std::cout << *it;
}

v.begin()：返回指向第一个元素的迭代器
v.end()：返回“超出最后一个元素的下一个位置”的迭代器
*it：表示取出当前指向的元素
++it：移动到下一个元素

🔧 迭代器的本质

迭代器是一个类类型（不是基本类型）

虽然它看起来像指针（用 *it 解引用，用 ++it 移动），但它本质上是一个 C++ 类对象，封装了访问容器内部元素的逻辑。

🚩你可以这样理解：

指针	迭代器
访问数组元素	访问容器元素
用 `*ptr` 获取值	用 `*it` 获取元素
是内建类型	是类类型（有重载了 `*`, `++`, `==` 等操作符）

🎓 举个例子看看类型：

std::vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();

it 实际的类型是 std::vector<int>::iterator
你可以打印：

std::cout << typeid(it).name() << std::endl;

输出可能是：__gnu_cxx::__normal_iterator<int*, std::vector<int>>

🔍 它是一个内部实现的类，封装了指针行为，但比裸指针更安全、更通用。

为什么不用普通数组或下标？

STL 有很多不同的容器：链表、哈希表、红黑树……
它们里面的元素并不一定支持下标 []，但每种容器都提供了“迭代器”接口，你可以统一方式遍历。

容器	支持下标？	支持迭代器？
`vector`	✅	✅
`list`	❌	✅
`set`	❌	✅
`map`	❌	✅

每个容器都有自己专属的迭代器类型，std::vector<T>::iterator 这种写法是访问这个类型的一种方式。

STL容器的迭代器并不是共用一个类型！

容器类型	对应迭代器类型
`std::vector<T>`	`std::vector<T>::iterator`
`std::list<T>`	`std::list<T>::iterator`
`std::set<T>`	`std::set<T>::iterator`
`std::map<K,V>`	`std::map<K,V>::iterator`

std::vector<int>::iterator it;  // vector 的迭代器
std::list<double>::iterator it2;  // list 的迭代器

为什么不统一一个 iterator 类型呢？
👉 因为不同容器的内部结构不同（如数组 vs 链表 vs 红黑树），它们的迭代器行为也不同。比如：

vector 支持随机访问 (it + 3)
list 只支持前后移动（++it, --it）

迭代器的类型（Iterator Categories）

STL 根据迭代器的能力，把迭代器分成五类，从弱到强如下：

类型	功能	示例容器
`InputIterator`	单向只读	`istream_iterator`
`OutputIterator`	单向只写	`ostream_iterator`
`ForwardIterator`	单向读写	`forward_list`
`BidirectionalIterator`	可双向移动	`list`, `set`, `map`
`RandomAccessIterator`	支持随机访问 `it+n`, `it1-it2`	`vector`, `deque`, `array`

💡 STL 算法会根据迭代器的种类选择最优的操作方式。

📦 常见容器的迭代器类型

容器	支持的迭代器类型
`vector`, `deque`, `array`	随机访问迭代器（RandomAccessIterator）
`list`	双向迭代器（BidirectionalIterator）
`forward_list`	单向迭代器（ForwardIterator）
`set`, `map`, `multimap`, `multiset`	双向迭代器（BidirectionalIterator）
`unordered_map`, `unordered_set`	同样为双向迭代器

随机访问迭代器（vector）：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin();
std::cout << *(it + 2);  // 输出：3

双向迭代器（list）：

std::list<int> l = {1, 2, 3};
auto it = l.end(); --it;
std::cout << *it;  // 输出：3

单向迭代器（forward_list）：

std::forward_list<int> fl = {1, 2, 3};
auto it = fl.begin();
++it;  // 可以前进，但不能后退

✅ 迭代器最常用的动作

操作	含义
`it = container.begin()`	取得起始位置的迭代器
`it != container.end()`	判断是否结束
`++it`	移动到下一个元素
`*it`	获取当前指向的元素

std::vector<int> nums = {5, 10, 15};
for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}

操作	说明
`--it`	移动到上一个元素（双向或更强迭代器）
`it == it2`, `it != it2`	比较两个迭代器
`it + n`, `it - n`	随机访问（仅支持随机访问迭代器）
`std::distance(it1, it2)`	两个迭代器之间的距离
`std::advance(it, n)`	将迭代器移动 `n` 个位置（支持不同迭代器类型）

🚸 初学者推荐写法：使用 `auto` 和 `范围for`

从 C++11 开始，可以让写法更简单！

✅ 用 auto 简化迭代器声明：

for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it)

✅ 更简单的方法：范围for（推荐）：

范围 for 是 C++11 引入的一种简洁写法，用于遍历容器或数组。它让你不需要写迭代器、不需要用下标，直接访问每一个元素。

for (元素类型 变量名 : 容器) {// 使用变量名代表当前元素
}

传统写法（使用迭代器）：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
for (std::vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {std::cout << *it << "\n";
}

范围 for 写法：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
for (int x : v) {std::cout << x << "\n";
}

范围 for 背后的原理：

for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {int x = *it;...
}

所以它仍然依赖迭代器，只不过帮你“自动写好了”。

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