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迭代器分类及详细讲解

迭代器是C++标准库中用于访问容器元素的通用接口。不同类型的迭代器提供了不同的功能，泛型算法可以根据迭代器的类型进行优化。以下是迭代器的分类及其典型应用：

1. 输入迭代器（Input Iterator）

• 功能：只能读取元素，且只能单向递增（即只能向前移动）。
• 操作：支持 *it（解引用）、it->（访问成员）、++it（前置递增）、it++（后置递增）、it1 == it2（比较相等）、it1 != it2（比较不等）。
• 典型应用：find 算法。
• 例子：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 3);if (it != vec.end()) {std::cout << "Found: " << *it << std::endl;} else {std::cout << "Not found" << std::endl;}return 0;
  }
  

  在这个例子中，find 算法使用输入迭代器遍历容器，查找值为 3 的元素。

2. 输出迭代器（Output Iterator）

• 功能：只能写入元素，且只能单向递增。
• 操作：支持 *it = value（赋值）、++it（前置递增）、it++（后置递增）。
• 典型应用：copy 算法。
• 例子：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <algorithm>int main() {std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> dst(5);std::copy(src.begin(), src.end(), dst.begin());for (int i : dst) {std::cout << i << " ";}return 0;
  }
  

  在这个例子中，copy 算法使用输出迭代器将 src 中的元素复制到 dst 中。

3. 前向迭代器（Forward Iterator）

• 功能：可读写元素，且只能单向递增。
• 操作：支持输入迭代器和输出迭代器的所有操作，且可以多次遍历同一范围。
• 典型应用：replace 算法。
• 例子：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::replace(vec.begin(), vec.end(), 3, 99);for (int i : vec) {std::cout << i << " ";}return 0;
  }
  

  在这个例子中，replace 算法使用前向迭代器遍历容器，并将所有值为 3 的元素替换为 99。

4. 双向迭代器（Bidirectional Iterator）

• 功能：可读写元素，且可以双向移动（递增和递减）。
• 操作：支持前向迭代器的所有操作，且支持 --it（前置递减）、it--（后置递减）。
• 典型应用：reverse 算法。
• 例子：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::reverse(vec.begin(), vec.end());for (int i : vec) {std::cout << i << " ";}return 0;
  }
  

  在这个例子中，reverse 算法使用双向迭代器将容器中的元素逆序。

5. 随机访问迭代器（Random Access Iterator）

• 功能：可读写元素，且可以在常数时间内移动任意距离。
• 操作：支持双向迭代器的所有操作，且支持 it + n、it - n、it += n、it -= n、it1 - it2、it[n]、it1 < it2 等操作。
• 典型应用：sort 算法。
• 例子：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <algorithm>int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end());for (int i : vec) {std::cout << i << " ";}return 0;
  }
  

  在这个例子中，sort 算法使用随机访问迭代器对容器中的元素进行排序。

总结

迭代器的分类决定了它们的功能和性能特性。泛型算法通过利用迭代器的不同类型来实现高效的操作。理解迭代器的分类及其典型应用，有助于编写高效且通用的C++代码。