C++ 实现自定义类型的迭代器操作
时间：2020-12-12 10:06:04|栏目：C代码|点击： 次
##动机
我们知道STL实现了很多算法(#include<algorithm>)，如果项目是基于STL构建那么能够最大化使用现有代码当然是最好的。在STL中容器和算法之间的桥梁是迭代器。所以在定义好自定义类型的容器后，接下来就是迭代器的实现。
STL中的迭代器
迭代器模式是一种经典的设计模式，而STL的迭代器实现用到了模板的一些特性和技能，在这里稍微介绍一下
下面是STL中结构体iterator的定义，这么定义是给后面的算法多态和萃取时(具体见书中介绍)使用的。
其中的_Category 和_Ty 没有默认值，需要自己给参数的。
_Ty就是元素的类型
template<class _Category,
class _Ty,
class _Diff = ptrdiff_t,
class _Pointer = _Ty *,
class _Reference = _Ty&>
struct iterator
{ // base type for iterator classes
typedef _Category iterator_category;
typedef _Ty value_type;
typedef _Diff difference_type;
typedef _Diff distance_type; // retained
typedef _Pointer pointer;
typedef _Reference reference;
};
而_Category是迭代器的类型，主要有以下几种
// ITERATOR STUFF (from <iterator>)
// ITERATOR TAGS (from <iterator>)
struct input_iterator_tag //只读
{ // identifying tag for input iterators
};
struct _Mutable_iterator_tag //只写
{ // identifying tag for mutable iterators
};
struct output_iterator_tag //只写
: _Mutable_iterator_tag
{ // identifying tag for output iterators
};
struct forward_iterator_tag //前向移动
: input_iterator_tag, _Mutable_iterator_tag
{ // identifying tag for forward iterators
};
struct bidirectional_iterator_tag //可双向移动
: forward_iterator_tag
{ // identifying tag for bidirectional iterators
};
struct random_access_iterator_tag //随机读写
: bidirectional_iterator_tag
{ // identifying tag for random-access iterators
};
//...
自定义迭代器
我希望迭代器有以下操作:*,++。另外还想要通过迭代器调用count_if函数。那看一下count_if都用到哪些操作符吧
// TEMPLATE FUNCTION count_if
template<class _InIt,
class _Pr> inline
typename iterator_traits<_InIt>::difference_type
_Count_if(_InIt _First, _InIt _Last, _Pr _Pred)
{ // count elements satisfying _Pred
typename iterator_traits<_InIt>::difference_type _Count = 0;
for (; _First != _Last; ++_First)
if (_Pred(*_First))
++_Count;
return (_Count);
}
可以看到用到了++,!=,*。所以我们的迭代器需要把这些都给实现了。代码很简单：
#include<iterator>
template<class T>
class MyIterator : public iterator<input_iterator_tag, T>{
public:
MyIterator(T* p){
_ptr = p;
}
//赋值
MyIterator& operator = (const MyIterator &iter)
{
_ptr = iter._ptr;
}
//不等于
bool operator != (const MyIterator &iter)
{
return _ptr!= iter._ptr;
}
//等于
bool operator == (const MyIterator &iter)
{
return _ptr == iter._ptr;
}
//前缀自加
MyIterator& operator ++ ()
{
_ptr++;
return *this;
}
//后缀自加
MyIterator operator ++ (int)
{
MyIterator tmp= *this;
_ptr++;
return tmp;
}
//取值
T& operator * ()
{
return *_ptr;
}
private:
T* _ptr;//实际的内容指针，通过该指针跟容器连接
};
自定义容器
下面给出个简单的数组容器，实现了数组的基本操作。并把刚刚定义的迭代器内置了
template<class T>
class myVector{
public:
typedef MyIterator<T> iterator;//所有类型迭代器用同一个名字，便于写出更通用的代码
myVector(){
_selfElems = new T[32];
_count = 32;
init();
}
myVector(int n){
_selfElems = new T[n];
_count = n;
init();
}
void init(){
memset(_selfElems, 0, sizeof(T)* _count);
}
//常用接口
T& operator[](int i){
return _selfElems[i];
}
iterator begin(){
return iterator(_selfElems);
}
iterator end(){
return iterator(_selfElems + _count);
}
int size() const {
return _count;
}
private:
T* _selfElems;
int _count;
};
##测试
定义一个vector和自定容器myVector,用迭代器去访问，并通过迭代器使用conunt_if函数，可以看到用法完全一样
bool eq_10(int k){
return k == 10;
}
int main(){
//自定义类型
myVector<int> mv(10);
mv[3] = 10; mv[9] = 10;
myVector<int>::iterator it = mv.begin();
cout <<"mv:"<<endl;
while (it != mv.end()){
cout << *(it++) << " ";
}
cout << endl;
cout << count_if(mv.begin(), mv.end(), eq_10) << endl;
//STL 容器
vector<int> v(10,0);
v[3] = 10; v[9] = 10;
vector<int>::iterator it1 = v.begin();
cout << "v:" << endl;
while (it1 != v.end()){
cout << *(it1++) << " ";
}
cout << endl;
cout << count_if(mv.begin(), mv.end(), eq_10) << endl;
getchar();
return 0;
总结和思考
所以简单来说，如果想要定义自己容器的迭代器并想通过迭代器调用STL的算法函数的话。首先继承iteroter，然后实现必要的操作符即可。不过具体的算法函数对迭代器类型是有要求的，这个需要自己把握。
在这个简单的示例里面，直接用myVector的指针(mv._ptr)也是可以调用count_if的，因为STL通过模板偏特化技术使得迭代器也支持原生指针。不过既然把访问元素都放到迭代器中了，我们就可以对所有的容器用统一的方式访问了，而不用暴露每个容器的细节(myVector：：_ptr)：
//T为某种迭代器
template<class T>
void display(T it, T end){
T it1 = it;
while (it1 != end){
cout << *(it1++) << " ";
}
cout << endl;
cout << count_if(it,end, eq_10) << endl;
}
int main(){
//自定义类型
myVector<int> mv(10);
mv[3] = 10; mv[9] = 10;
//STL 容器
vector<int> v(10, 0);
v[3] = 10; v[9] = 10;
//vector 和 myVector底层实现有很大区别，但是可用同一个函数做遍历等操作
display(mv.begin(), mv.end());
display(v.begin(), v.end());
getchar();
return 0;
}
迭代器赋予了容器更多的功能和通用性
补充知识：C++ 自定义迭代器(实现++递增两格)
//效果每次迭代器加移动两格
#pragma once
//MyIterator.h
#include <iterator>
#include <exception>
template<typename Container>
class MyIterator :public std::iterator<std::random_access_iterator_tag, typename Container::value_type>
{
protected:
Container& container;
typename Container::iterator pos;
public:
explicit MyIterator(Container& c) :container(c), pos(c.begin()){}
MyIterator(const MyIterator& rhs) :container(rhs.container),pos(rhs.pos) {}
MyIterator& operator =(const MyIterator& rhs)
{
throw_ex(rhs.container);
pos = rhs.pos;
return *this;
}
//--等就省略了...
MyIterator& operator ++()
{
auto tmp = container.end() - 1;
if (pos == tmp)
++pos;
else
pos += 2;
return *this;
}
bool operator ==(const MyIterator& rhs)const
{
try
{
if (&rhs.container == &container)
return pos == rhs.pos;
else
{
throw exception("对象错误");
}
}
catch (exception &e)
{
cout << e.what();
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
bool operator !=(const MyIterator& rhs)const
{
return !(*this == rhs);
}
typename Container::value_type & operator *()
{
return *pos;
}
void begin()
{
pos = container.begin();
}
void end()
{
pos = container.end();
}
private:
void throw_ex(const Container& c)
{
try
{
if (&c == &container)
return;
else
throw exception("Copy 构造失败");
}
catch (exception &e)
{
cout << e.what();
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
};
//无法使用或添加vector<T> vec 成员函数vec.begin()或全局函数begin(vec)
//我们做个假冒的全局函数 start(vec) over(vec)
template<typename Container>
MyIterator<Container> start(Container& c)
{
MyIterator<Container> mi(c);
mi.begin();
return mi;
}
template<typename Container>
MyIterator<Container> over(Container & c)
{
MyIterator<Container> mi(c);
mi.end();
return mi;
}
//main.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include "MyIterator.h"
#include <list>
using namespace std;
//因继承了iterator<std::random_access_iterator_tag,Container::value_type>才拥有此特性
template<typename Iterator>
void printIterator(const Iterator &It)
{
cout << typeid(typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category).name() << endl;
}
int main()
{
vector<int> coll{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
MyIterator<decltype(coll)> myit(coll);
printIterator(myit);
for (; myit != over(coll); ++myit)
{
cout << *myit << ends;
}
system("pause");
return 0;
}
效果：
