河南app网站建设,岳麓区营销型网站建设定制,重庆百度seo关键词优化,大气企业网站C迭代器#xff1a;更加优雅的容器操作方式引言C迭代器简介a. 迭代器的定义b. 迭代器的作用c. 迭代器与指针的区别迭代器分类a. 输入迭代器#xff08;Input Iterator#xff09;b. 输出迭代器#xff08;Output Iterator#xff09;c. 前向迭代器#xff08;Forward Ite…
C迭代器更加优雅的容器操作方式引言C迭代器简介a. 迭代器的定义b. 迭代器的作用c. 迭代器与指针的区别迭代器分类a. 输入迭代器Input Iteratorb. 输出迭代器Output Iteratorc. 前向迭代器Forward Iteratord. 双向迭代器Bidirectional Iteratore. 随机访问迭代器Random Access Iterator五类迭代器在C标准库中的典型应用STL中的迭代器a. 容器和迭代器的关系b. 各种容器的迭代器类型i. 顺序容器vector、list、dequeii. 关联容器set、map、multiset、multimapiii. 无序关联容器unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap常用的迭代器操作和STL算法的应用实例1. 迭代器操作2. STL算法实例a. find查找b. sort排序c. count计数迭代器操作a. 常用操作b. 增加和减少迭代器c. 读取和修改元素值d. 迭代器间的关系比较e. 迭代器适配器如反向迭代器、插入迭代器等反向迭代器插入迭代器迭代器失效问题a. 什么是迭代器失效b. 迭代器失效的原因c. 如何避免迭代器失效C11及以后版本中的新特性a. 范围for循环b. auto关键字在迭代器中的应用c. 基于范围的迭代器适配器实际应用举例a. 使用迭代器实现常见算法i. 查找ii. 排序iii. 复制iv. 删除b. 迭代器在自定义数据结构中的应用总结a. 回顾本文讨论的主要内容b. C迭代器在编程中的重要性c. 鼓励读者深入学习和实践引言 在现代编程中迭代器是一种非常重要且广泛应用的编程范式。它们为我们提供了一种通用的方法来访问和操作各种数据结构中的元素。C是一种支持面向对象编程、泛型编程和过程编程的高性能编程语言。在C中迭代器在标准库STL中的容器和算法的实现中发挥着至关重要的作用。本文将介绍C迭代器的基本概念、分类、操作和实际应用并探讨C11及以后版本中迭代器的新特性。 本文的目的是帮助读者理解C迭代器的原理和使用方法以便在编程实践中更有效地使用这一强大的工具。本文将首先简要介绍迭代器的概念和作用然后详细讨论迭代器的分类和STL中的各种迭代器类型。接着我们将介绍迭代器的基本操作如增加和减少迭代器、读取和修改元素值等。此外本文还将讨论迭代器失效的问题并提供相应的解决方法。在后续部分我们将探讨C11及以后版本中的迭代器新特性如范围for循环、auto关键字等。最后我们将通过实际应用举例来演示如何使用迭代器实现常见算法和自定义数据结构。 在阅读本文后您将对C迭代器有一个全面的了解并能在实际编程中灵活应用这一重要概念。让我们开始吧 C迭代器简介 迭代器(iterator)是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。 C更趋向于使用迭代器而不是下标操作因为标准库为每一种标准容器如vector定义了一种迭代器类型而只用少数容器如vector支持下标操作访问容器元素。 a. 迭代器的定义 每种容器都定义了自己的迭代器类型如vector: vectorint::iterator iter; //定义一个名为iter的变量每种容器都定义了一对名为begin和end的成员函数用于返回迭代器。 下面对迭代器进行初始化操作 vectorint ivec;
vectorint::iterator iter1 ivec.begin(); //将迭代器iter1初始化为指向ivec容器的第一个元素vectorint::iterator iter2 ivec.end(); //将迭代器iter2初始化为指向ivec容器的最后一个元素的下一个位置 注意 end并不指向容器的任何元素而是指向容器的最后元素的下一位置称为超出末端迭代器past-the-end iterator。如果vector为空则begin返回的迭代器和end返回的迭代器相同。 一旦像上面这样定义和初始化迭代器就相当于把该迭代器和容器进行了某种关联就像把一个指针初始化为指向某一空间地址一样。 b. 迭代器的作用 迭代器的主要作用有以下几点 提供一种通用的访问和操作容器中元素的方法使得算法可以独立于容器类型来实现。对不同容器类型提供统一的接口简化了编程过程。实现容器和算法之间的解耦使得算法可以高度复用。 c. 迭代器与指针的区别 迭代器和指针在很多方面具有相似性但它们之间也有一些关键区别 指针是一种低级别的数据结构直接与内存地址相关而迭代器是一种抽象概念可以通过类模板实现不一定与内存地址直接相关。迭代器可以支持更丰富的操作例如在关联容器和无序关联容器中迭代器可以在插入和删除元素时保持稳定而指针可能会失效。迭代器可以应对更加复杂的数据结构如链表和树等而指针更适用于连续的内存空间如数组。迭代器可以提供更严格的类型检查有助于提高代码的安全性而指针操作容易导致内存泄漏、野指针等问题。 总之迭代器是一种比指针更高级、更安全的抽象工具可以方便地操作各种容器中的元素具有更好的兼容性和可扩展性。 迭代器分类 根据迭代器所支持的操作和功能C迭代器可分为五类 a. 输入迭代器Input Iterator 输入迭代器是一种只读迭代器主要用于访问容器中的元素。它支持以下操作 递增间接访问*仅限于读取不能用于修改元素比较 和 ! 输入迭代器通常用于单遍扫描的算法如find、count等. b. 输出迭代器Output Iterator 输出迭代器是一种只写迭代器主要用于向容器中插入或修改元素。它支持以下操作 递增间接访问*仅限于写入不能用于读取元素 输出迭代器通常用于单遍扫描的算法如copy、transform等。 c. 前向迭代器Forward Iterator 前向迭代器同时具备输入迭代器和输出迭代器的功能可以进行读写操作。它支持以下操作 递增间接访问*可用于读取和修改元素比较 和 ! 前向迭代器通常用于支持多遍扫描的算法如replace、remove_if等。 d. 双向迭代器Bidirectional Iterator 双向迭代器在前向迭代器的基础上增加了递减操作可以向前向后遍历容器。它支持以下操作 递增递减–间接访问*可用于读取和修改元素比较 和 ! 双向迭代器通常用于支持反向操作的算法如reverse、find_end等。 e. 随机访问迭代器Random Access Iterator 随机访问迭代器具有最丰富的功能可以实现随机访问容器中的任意元素。它支持以下操作 递增和递减–间接访问*可用于读取和修改元素比较、!、、、 和 加法和减法操作、-、 和 -下标操作[] 随机访问迭代器通常用于支持快速访问容器中任意位置元素的算法如sort、binary_search等。此类迭代器可以直接跳跃到容器中的任意位置具有更高的遍历性能。 五类迭代器在C标准库中的典型应用 输入迭代器std::istream_iterator、std::istreambuf_iterator输出迭代器std::ostream_iterator、std::ostreambuf_iterator、std::back_insert_iterator、-std::front_insert_iterator、std::insert_iterator前向迭代器std::forward_list、std::unordered_set、std::unordered_map、std::unordered_multiset、std::unordered_multimap中的迭代器双向迭代器std::list、std::set、std::map、std::multiset、std::multimap中的迭代器随机访问迭代器std::vector、std::deque、std::array、std::string中的迭代器 STL中的迭代器 a. 容器和迭代器的关系 在STL中容器和迭代器有着紧密的联系。容器负责存储和组织数据而迭代器则提供了访问和操作容器中元素的统一接口。迭代器可以被视为容器的一个轻量级“视图”它可以在不改变容器结构的情况下实现对元素的访问和修改。此外迭代器还有助于将容器与算法解耦使得算法可以更加通用地应用于不同类型的容器。 b. 各种容器的迭代器类型 STL中的容器大致可以分为三类顺序容器、关联容器和无序关联容器。它们分别对应不同的迭代器类型 i. 顺序容器vector、list、deque 顺序容器中的元素按照线性顺序存储因此它们的迭代器通常具有随机访问vector和deque或双向访问list的功能。 vector和deque的迭代器类型随机访问迭代器Random Access Iteratorlist的迭代器类型双向迭代器Bidirectional Iterator ii. 关联容器set、map、multiset、multimap 关联容器中的元素按照一定的顺序或者规则存储如按键值排序或者基于哈希值的存储。因此它们的迭代器通常具有双向访问的功能。 set、map、multiset、multimap的迭代器类型双向迭代器Bidirectional Iterator iii. 无序关联容器unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap 无序关联容器中的元素基于哈希表实现存储元素的存储顺序并不固定。因此它们的迭代器通常具有前向访问的功能。 unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap的迭代器类型前向迭代器Forward Iterator 了解STL中各种容器的迭代器类型有助于我们根据实际需求选择合适的容器和迭代器从而提高编程效率和程序性能。同时了解容器和迭代器之间的关系可以帮助我们更好地利用STL库提供的功能编写更加高效和灵活的代码。 常用的迭代器操作和STL算法的应用实例 1. 迭代器操作 以下是一些常见的迭代器操作 递增和递减–用于将迭代器移动到容器中的下一个或上一个元素。 间接访问*用于获取或修改迭代器所指向的元素的值。 加法和减法操作、-、 和 -仅适用于随机访问迭代器用于在容器中跳跃式地移动迭代器。 下标操作[]仅适用于随机访问迭代器用于直接访问容器中指定位置的元素。 2. STL算法实例 以下是一些使用迭代器的STL算法实例 a. find查找 #include algorithm
#include vector
#include iostreamint main() {std::vectorint vec{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};int target 5;auto it std::find(vec.begin(), vec.end(), target);if (it ! vec.end()) {std::cout Found target at position: std::distance(vec.begin(), it) std::endl;} else {std::cout Not found std::endl;}return 0;
} b. sort排序 #include algorithm
#include vector
#include iostreamint main() {std::vectorint vec{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};std::sort(vec.begin(), vec.end());for (const auto val : vec) {std::cout val ;}std::cout std::endl;return 0;
} c. count计数 #include algorithm
#include vector
#include iostreamint main() {std::vectorint vec{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};int target 1;int count std::count(vec.begin(), vec.end(), target);std::cout Number of target s: count std::endl;return 0;
} 迭代器操作 在本节中我们将介绍迭代器的一些基本操作这些操作有助于我们更好地使用迭代器来操作容器中的元素。 a. 常用操作 //迭代器常用运算操作
*iter //对iter进行解引用返回迭代器iter指向的元素的引用
iter-men //对iter进行解引用获取指定元素中名为men的成员。等效于(*iter).men
iter //给iter加1使其指向容器的下一个元素
iter
--iter //给iter减1使其指向容器的前一个元素
iter--
iter1iter2 //比较两个迭代器是否相等当它们指向同一个容器的同一个元素或者都指向同同一个容器的超出末端的下一个位置时它们相等
iter1!iter2 //使用迭代器遍历容器,并把每个元素置0
for(vectorint::iterator iterivec.begin();iter!ivec.end();iter)*iter0;//初始化mid迭代器使其指向v中最靠近正中间的元素
vectorint::iterator midv.begin()v.size()/2; 在C定义的容器类型中只有vector和queue容器提供迭代器算数运算和除!和之外的关系运算 itern //在迭代器上加减整数n将产生指向容器中钱前面后面第n个元素的迭代器。新计算出来的迭代器必须指向容器中的元素或超出容器末端的下一个元素
iter-niter1iter2 //将iter1加上或减去iter2的运算结果赋给iter1。两个迭代器必须指向容器中的元素或超出容器末端的下一个元素
iter1-iter2iter1-iter2 //两个迭代器的减法得出两个迭代器的距离。两个迭代器必须指向容器中的元素或超出容器末端的下一个元素,,, //元素靠后的迭代器大于靠前的迭代器。两个迭代器必须指向容器中的元素或超出容器末端的下一个元素迭代器const_iterator 每种容器还定义了一种名为const_iterator的类型。 该类型的迭代器只能读取容器中的元素不能用于改变其值。 之前的例子中而const_iterator类型的迭代器只能用于读不能进行重写。 for(vectorint::const_iterator iterivec.begin();iter!ivec.end();iter)cout*iterendl; //合法读取容器中元素值for(vectorint::const_iterator iterivec.begin();iter!ivec.end();iter)*iter0; //不合法不能进行写操作cbegin和cend运算符 **cbegin和cend 运算符无论对象本身是否是常量返回值都是const_iterator. 注意 const_iterator和const iterator是不一样的 后者对迭代器进行声明时必须对迭代器进行初始化并且一旦初始化后就不能修改其值。 这有点像常量指针和指针常量的关系。 vectorint ivec(10);
const vectorint::iterator iterivec.begin();
*iter0; //合法可以改变其指向的元素的值
iter; //不合法无法改变其指向的位置 b. 增加和减少迭代器 迭代器可以通过递增和递减操作来移动到容器中的其他元素。对于双向迭代器和随机访问迭代器可以使用和–操作符。对于随机访问迭代器还可以使用和-操作符来实现跳跃式的移动。 std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};
auto it vec.begin();it; // it现在指向元素2
--it; // it现在指向元素1
it 2; // it现在指向元素3
it - 1; // it现在指向元素2 c. 读取和修改元素值 使用迭代器可以方便地读取和修改容器中的元素。通过对迭代器进行解引用操作我们可以获得迭代器所指向的元素的引用。 std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};
auto it vec.begin();int val *it; // 读取元素值此时val为1
*it 10; // 修改元素值此时vec为{10, 2, 3, 4, 5} d. 迭代器间的关系比较 迭代器之间可以进行关系比较如等于、不等于、小于、小于等于、大于和大于等于等。这些比较操作对于判断迭代器是否到达某个位置或者在某个范围内非常有用。 std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};
auto it1 vec.begin();
auto it2 vec.end();if (it1 ! it2) {std::cout it1 and it2 are not equal std::endl;
} e. 迭代器适配器如反向迭代器、插入迭代器等 迭代器适配器是一种特殊的迭代器它可以在原有迭代器的基础上提供额外的功能。 反向迭代器 反向迭代器允许我们从后向前遍历容器。使用rbegin()和rend()函数可以获得容器的反向迭代器。 std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it vec.rbegin(); it ! vec.rend(); it) {std::cout *it ;
}
std::cout std::endl; 插入迭代器 插入迭代器允许我们在不改变原有容器迭代器的情况下向容器中插入新元素。C标准库提供了三种插入迭代器back_inserter、front_inserter和inserter。 std::vectorint vec1{1, 2, 3};
std::vectorint vec2{4, 5, 6};// 使用back_inserter将vec2的元素追加到vec1的末尾
std::copy(vec2.begin(), vec2.end(), std::back_inserter(vec1));
// vec1现在为{1, 2, 3, 4, 5, 6}std::dequeint deq1{1, 2, 3};
std::dequeint deq2{4, 5, 6};// 使用front_inserter将deq2的元素插入到deq1的前面
std::copy(deq2.begin(), deq2.end(), std::front_inserter(deq1));
// deq1现在为{6, 5, 4, 1, 2, 3}std::listint list1{1, 2, 3, 6, 7, 8};
std::listint list2{4, 5};// 使用inserter将list2的元素插入到list1的指定位置在3和6之间
std::copy(list2.begin(), list2.end(), std::inserter(list1, std::next(list1.begin(), 3)));
// list1现在为{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8} 迭代器失效问题 迭代器失效是在编写C代码时常常需要注意的问题尤其是在操作容器时。以下是迭代器失效的相关概念、原因和避免方法。 a. 什么是迭代器失效 迭代器失效是指一个原本指向容器中某个元素的迭代器在容器发生某些操作后不再有效地指向原先的元素或者无法完成预期的操作。这种情况可能导致程序的行为变得不可预测甚至引发程序崩溃。 b. 迭代器失效的原因 迭代器失效的原因主要与容器的结构和操作有关。以下是一些常见的迭代器失效原因 容器的内存重新分配当向容器中添加元素时如vector、deque等如果超过容器当前的容量容器可能会重新分配内存空间导致原有的迭代器失效。元素的删除从容器中删除元素如erase()等操作可能导致指向被删除元素的迭代器失效。此外在某些容器如list中删除操作可能还会影响指向其他元素的迭代器。元素的插入向容器中插入元素如insert()等操作可能导致指向插入位置之后的元素的迭代器失效。 c. 如何避免迭代器失效 以下是一些避免迭代器失效的策略 尽量使用支持自动更新的容器在某些容器如list中元素的插入和删除操作不会影响其他元素的迭代器。在可能出现迭代器失效问题的场景中使用这类容器可以降低风险。避免在遍历过程中修改容器结构在使用迭代器遍历容器时避免同时进行插入或删除操作。如果需要修改容器结构可以先收集需要修改的元素然后在遍历结束后进行统一的操作。使用返回的迭代器对于可能导致迭代器失效的操作如erase()等通常会返回一个有效的迭代器。在操作后可以使用返回的迭代器更新失效的迭代器以保持迭代器的有效性。预留足够的空间在可能导致内存重新分配的容器如vector中可以预先使用reserve()函数为容器预留足够的空间以减少内存重新分配的风险。 C11及以后版本中的新特性 C11及以后版本中的新特性为迭代器带来了许多便利使得我们在操作容器时能够更加简洁和高效。以下是这些新特性的简介及其在迭代器中的应用。 a. 范围for循环 范围for循环是C11引入的一种新的循环结构它允许我们直接遍历容器中的元素而无需显式创建迭代器。范围for循环的语法如下 for (declaration : range) {// loop body
}以下是一个使用范围for循环遍历容器的示例 #include vector
#include iostreamint main() {std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};for (const auto val : vec) {std::cout val ;}std::cout std::endl;return 0;
}b. auto关键字在迭代器中的应用 C11引入了auto关键字它可以让编译器根据初始化表达式自动推导出变量的类型。在迭代器中我们可以利用auto关键字简化迭代器的声明和初始化。以下是一个使用auto关键字的示例 #include vector
#include iostreamint main() {std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};for (auto it vec.begin(); it ! vec.end(); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;return 0;
}c. 基于范围的迭代器适配器 C14及以后的版本引入了一些基于范围的迭代器适配器如std::begin()、std::end()、std::cbegin()和std::cend()等它们可以作用于任何具有.begin()和.end()成员函数的类型为我们提供了一种统一的访问方式。以下是一个使用基于范围的迭代器适配器的示例 #include vector
#include iostream
#include iteratorint main() {std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};for (auto it std::begin(vec); it ! std::end(vec); it) {std::cout *it ;}std::cout std::endl;return 0;
}通过使用C11及以后版本中的新特性我们可以编写更加简洁、易读和高效的代码。在实际编程中熟练运用这些新特性将有助于提高我们的编程能力和代码质量。 实际应用举例 迭代器在实际编程中有很多应用以下是一些常见的迭代器应用示例。 a. 使用迭代器实现常见算法 i. 查找 #include vector
#include iostream
#include algorithmint main() {std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};int target 3;auto it std::find(vec.begin(), vec.end(), target);if (it ! vec.end()) {std::cout Found target at position: std::distance(vec.begin(), it) std::endl;} else {std::cout Not found std::endl;}return 0;
} ii. 排序 #include vector
#include iostream
#include algorithmint main() {std::vectorint vec{5, 3, 1, 4, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end());for (const auto val : vec) {std::cout val ;}std::cout std::endl;return 0;
} iii. 复制 #include vector
#include iostream
#include algorithmint main() {std::vectorint src{1, 2, 3, 4, 5};std::vectorint dest(src.size());std::copy(src.begin(), src.end(), dest.begin());for (const auto val : dest) {std::cout val ;}std::cout std::endl;return 0;
} iv. 删除 #include vector
#include iostream
#include algorithmint main() {std::vectorint vec{1, 2, 3, 4, 5};int target 3;auto it std::remove(vec.begin(), vec.end(), target);vec.erase(it, vec.end());for (const auto val : vec) {std::cout val ;}std::cout std::endl;return 0;
} b. 迭代器在自定义数据结构中的应用 当我们需要为自定义数据结构提供迭代器支持时可以通过实现相应的迭代器类来完成。以下是一个简单的自定义链表类及其迭代器的示例 #include iostreamtemplate typename T
class LinkedList {
public:struct Node {T data;Node *next;};class Iterator {public:Iterator(Node *ptr) : current(ptr) {}bool operator!(const Iterator other) const { return current ! other.current; }T operator*() { return current-data; }Iterator operator() {current current-next;return *this;}private:Node *current;};LinkedList() : head(nullptr), tail(nullptr) {}~LinkedList() { clear(); }void push_back(const T value) {Node *newNode new Node{value, nullptr};if (tail) {tail-next newNode;tail newNode;} else {head tail newNode;
}Iterator begin() { return Iterator(head); }
Iterator end() { return Iterator(nullptr); }void clear() {Node *current head;while (current) {Node *next current-next;delete current;current next;}head tail nullptr;
}
private:
Node *head;
Node *tail;
};int main() {
LinkedListint list;
list.push_back(1);
list.push_back(2);
list.push_back(3);
list.push_back(4);
list.push_back(5);
for (int val : list) {std::cout val ;
}
std::cout std::endl;list.clear();return 0;
}在这个示例中我们实现了一个简单的链表类LinkedList并为其提供了迭代器支持。LinkedList::Iterator类实现了常用的迭代器操作如operator!()、operator*()和operator()等。通过这些操作我们可以方便地使用范围for循环遍历自定义链表。 实际应用中迭代器可以帮助我们编写更加通用、高效和易于维护的代码。熟练掌握迭代器的使用方法对于提高编程能力和代码质量具有重要意义。 总结 在本文中我们详细讨论了C迭代器的相关概念和应用。 a. 回顾本文讨论的主要内容 我们首先介绍了迭代器的定义和初始化以及与指针的区别。 然后我们详细讨论了迭代器的分类包括输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器。 接着我们探讨了STL中各种容器的迭代器类型包括顺序容器、关联容器和无序关联容器。 此外我们还讨论了C11及以后版本中迭代器的新特性如范围for循环、auto关键字和基于范围的迭代器适配器。 我们还介绍了迭代器失效的问题包括失效的原因和如何避免失效。 最后我们提供了一些迭代器在实际应用中的示例包括常见算法和自定义数据结构中的应用。 b. C迭代器在编程中的重要性 C迭代器在编程中具有重要意义。迭代器为我们提供了一种通用、高效且抽象的方式来访问和操作容器中的元素。通过掌握迭代器的使用我们可以更好地理解C容器和算法的工作原理提高编程能力和代码质量。 c. 鼓励读者深入学习和实践 我们鼓励读者深入学习和实践迭代器的相关知识。在实际编程过程中可以尝试为自定义数据结构实现迭代器或者使用迭代器编写一些通用的算法。通过不断的实践你将更加熟练地运用迭代器从而编写出更加优雅、高效的代码。
