C++中的迭代器是一个功能强大的工具，用于遍历和操作容器中的元素。深入理解迭代器的类型、特性和用法，以及如何与各类容器配合使用，是编写高效、健壮C++代码的关键。下面将深入探讨迭代器的概念、与容器的配合使用、以及注意事项。

迭代器类型

1. 输入迭代器：支持只读访问，允许单次遍历序列。常用于算法的输入操作。
2. 输出迭代器：支持只写访问，允许单次遍历序列。常用于算法的输出操作。
3. 前向迭代器：支持读写访问，允许多次遍历序列。常用于链表等容器。
4. 双向迭代器：支持前向和后向遍历，允许多次遍历序列。常用于链表、集合、映射等容器。
5. 随机访问迭代器：支持常数时间的随机访问，允许多次遍历序列。常用于数组、向量、双端队列等容器。

迭代器与容器的配合使用

1. std::vector

std::vector使用随机访问迭代器，支持高效的随机访问和顺序遍历。

示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 正向遍历for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;// 反向遍历for (auto rit = vec.rbegin(); rit != vec.rend(); ++rit) {std::cout << *rit << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2. std::list

std::list使用双向迭代器，支持高效的前向和后向遍历。

示例代码：

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};// 正向遍历for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;// 反向遍历for (auto rit = lst.rbegin(); rit != lst.rend(); ++rit) {std::cout << *rit << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

3. std::deque

std::deque使用随机访问迭代器，支持高效的随机访问和双端操作。

示例代码：

#include <iostream>
#include <deque>int main() {std::deque<int> deq = {1, 2, 3, 4, 5};// 正向遍历for (auto it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;// 反向遍历for (auto rit = deq.rbegin(); rit != deq.rend(); ++rit) {std::cout << *rit << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

4. std::map和std::set

std::map和std::set使用双向迭代器，支持有序遍历。

示例代码：

#include <iostream>
#include <map>
#include <set>int main() {std::map<int, std::string> mp = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};std::set<int> st = {1, 2, 3, 4, 5};// 遍历mapfor (auto it = mp.begin(); it != mp.end(); ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;}// 遍历setfor (auto it = st.begin(); it != st.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

5. std::unordered_map和std::unordered_set

std::unordered_map和std::unordered_set使用前向迭代器，支持无序遍历。

示例代码：

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <unordered_set>int main() {std::unordered_map<int, std::string> ump = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};std::unordered_set<int> ust = {1, 2, 3, 4, 5};// 遍历unordered_mapfor (auto it = ump.begin(); it != ump.end(); ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;}// 遍历unordered_setfor (auto it = ust.begin(); it != ust.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

迭代器操作函数

以下是所有标准容器通用的迭代器操作函数：

• begin(): 返回指向容器第一个元素的迭代器。
• end(): 返回指向容器末尾的迭代器（指向最后一个元素之后的位置）。
• rbegin(): 返回指向容器最后一个元素的反向迭代器。
• rend(): 返回指向容器第一个元素之前位置的反向迭代器。
• cbegin(): 返回指向容器第一个元素的常量迭代器。
• cend(): 返回指向容器末尾的常量迭代器。
• crbegin(): 返回指向容器最后一个元素的常量反向迭代器。
• crend(): 返回指向容器第一个元素之前位置的常量反向迭代器。

迭代器使用注意事项

1. 迭代器失效问题：

   • 对容器进行插入、删除等修改操作可能会导致迭代器失效。特别是在std::vector和std::deque中，插入和删除操作可能会导致重新分配和拷贝，从而使迭代器失效。
   • std::list和关联容器（如std::map、std::set）在进行插入和删除操作时，其迭代器通常不会失效。

2. 避免越界访问：

   • 迭代器的end()指向的是容器末尾元素之后的位置，访问该位置会导致未定义行为。因此，遍历时要确保迭代器没有超出end()。

3. 常量迭代器：

   • 使用常量迭代器（如const_iterator）可以防止意外修改容器中的元素，增强代码的安全性和可读性。
   • 常量迭代器只能读取元素，不能修改元素。

4. 范围循环：

   • C++11引入的范围循环提供了更简洁的语法进行遍历，推荐在不需要显式迭代器的情况下使用：

     std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
     for (int val : vec) {std::cout << val << " ";
     }
     std::cout << std::endl;
     

5. 算法库结合使用：

   • C++标准库提供了一组强大的算法，如std::for_each、std::find、std::sort等，这些算法通常结合迭代器使用，能简化代码并提高可读性。

     #include <algorithm>
     #include <vector>
     #include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {4, 2, 3, 1, 5};// 使用std::sort排序std::sort(vec.begin(), vec.end());// 使用std::for_each遍历并打印std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int val) {std::cout << val << " ";});std::cout << std::endl;return 0;
     }
     

通过深入理解迭代器的类型和用法，以及与各类容器的配合使用，可以编写更加高效、健壮和可维护的C++代码。