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C++---------迭代策略与迭代器

news 来源：原创 2025/5/15 21:22:24

一、迭代策略与迭代器

迭代器的概念

迭代器是一种对象，它提供了一种统一的方式来访问容器（如数组、向量、列表等）中的元素，而不暴露容器的内部结构。迭代器的行为类似于指针，可以用于遍历容器中的元素、修改元素以及获取元素的位置信息。

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用迭代器遍历 vectorfor (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it!= vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

解释

vec.begin() 返回指向容器第一个元素的迭代器。
vec.end() 返回指向容器最后一个元素之后位置的迭代器。
++it 使迭代器指向下一个元素。
*it 解引用迭代器以获取元素的值。

不同类型的迭代器

输入迭代器：只读，只能向前移动，一次一个元素，用于单遍算法。
输出迭代器：只写，只能向前移动，一次一个元素，用于单遍算法。
前向迭代器：可以读写，只能向前移动，多次遍历。
双向迭代器：可以读写，可向前或向后移动，如 list 和 set 容器使用。
随机访问迭代器：可以读写，可随机访问元素，支持 +、- 操作，如 vector 和 deque 容器使用。

二、使用函数作为数据值

函数对象（Functors）

函数对象是实现了 operator() 的类的对象，可像函数一样被调用。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>class Square {
public:int operator()(int x) {return x * x;}
};int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};Square square;std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), square);for (int x : vec) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

解释

Square 是一个函数对象，通过重载 operator() 实现平方功能。
std::transform 函数将 Square 函数对象应用于 vec 的每个元素，将结果存储在 vec 中。

函数指针和 `std::function`

也可以使用函数指针或 std::function 来传递函数。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>int square(int x) {return x * x;
}int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), square);// 使用 std::functionstd::function<int(int)> func = [](int x) { return x * x; };std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), func);for (int x : vec) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

三、用函数封装数据

Lambda 表达式

Lambda 表达式提供了一种简洁的方式来定义匿名函数，可用于封装数据和操作。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};int factor = 2;std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), [factor](int x) { return x * factor; });for (int x : vec) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

解释

[factor](int x) { return x * factor; } 是一个 Lambda 表达式，捕获 factor 变量，将其与元素相乘。

四、STL 算法库

常用 STL 算法

非修改序列算法：如 std::find、std::count、std::for_each。
修改序列算法：如 std::transform、std::copy、std::fill。
排序和相关操作：如 std::sort、std::merge、std::unique。
数值算法：如 std::accumulate、std::inner_product。

使用示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>int main() {std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9};// 排序std::sort(vec.begin(), vec.end());// 查找元素auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 5);if (it!= vec.end()) {std::cout << "Found 5 at position: " << std::distance(vec.begin(), it) << std::endl;}// 求和int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0);std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;return 0;
}

五、C++ 函数编程

函数式编程特性

不可变数据：避免修改数据，而是创建新的数据结构。
纯函数：函数的输出仅取决于输入，没有副作用。
高阶函数：函数可以作为参数或返回值。

示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};auto newVec = [](const std::vector<int>& v) {std::vector<int> result;std::transform(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(result), [](int x) { return x * x; });return result;}(vec);for (int x : newVec) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

六、迭代器的实现

自定义迭代器

可以通过实现迭代器类来创建自定义迭代器。

#include <iostream>
#include <iterator>class MyContainer {
private:int data[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
public:class Iterator {private:int* ptr;public:Iterator(int* p) : ptr(p) {}int& operator*() { return *ptr; }Iterator& operator++() { ++ptr; return *this; }bool operator!=(const Iterator& other) const { return ptr!= other.ptr; }};Iterator begin() { return Iterator(data); }Iterator end() { return Iterator(data + 5); }
};int main() {MyContainer c;for (int x : c) {std::cout << x << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

解释

MyContainer 类包含一个嵌套的 Iterator 类。
Iterator 类实现了 operator*（解引用）、operator++（递增）和 operator!=（比较）。

总结

迭代器：提供了一种通用的元素访问方式，有多种类型满足不同需求。
函数作为数据值：使用函数对象、函数指针或 std::function 传递函数。
函数封装数据：使用 Lambda 表达式方便地封装操作和数据。
STL 算法库：提供了丰富的算法，如排序、查找、修改序列等。
函数编程：可以使用函数式编程风格编写代码，提高代码的简洁性和可维护性。
迭代器实现：可以自定义迭代器类，提供容器的迭代功能。

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