【C++】深入理解迭代器（Iterator）

💯前言

• C++ 是一门功能强大的编程语言，其标准库（STL, Standard Template Library）提供了多种高效的工具来处理数据。其中，迭代器（Iterator）是一种极为重要的工具，可以帮助开发者优雅地操作容器，遍历、访问和修改数据。迭代器的作用类似于指针，但比指针更强大和灵活。本文将以 std::string 为例，结合代码和图示，从基本概念到实际应用，带领读者深入理解 C++ 中迭代器的核心功能和用法。 C++ 参考手册

💯什么是迭代器？

迭代器（Iterator）是 C++ 标准模板库中的一种对象，专为遍历容器中的元素而设计。它的工作方式类似于指针，但具备更多功能。

迭代器的主要特点包括：

• 抽象化：通过统一的接口操作不同类型的容器（如 vector、string、list 等）。
• 灵活性：支持顺序遍历、逆序遍历，以及访问和修改容器中的元素。
• 安全性：迭代器相比裸指针更安全，更符合现代 C++ 的编程规范。

在迭代器的使用过程中，特别需要注意访问迭代器指向的值时必须解引用（* 操作符）。

迭代器与指针的比较

迭代器和指针有许多相似之处，例如它们都可以通过递增（++）、递减（--）、解引用（*）来访问和操作数据。但是，迭代器是针对容器设计的，它们具有更强的抽象能力，可以屏蔽容器的底层实现，从而使代码更通用和易维护。

💯std::string 中的迭代器

C++ 中的 std::string 提供了多种迭代器，用于遍历字符串中的字符和修改字符串的内容。下面是我们将重点讨论的两个基本方法：

• begin()：返回指向字符串第一个字符的迭代器。
• end()：返回指向字符串最后一个字符的下一个位置的迭代器。

示例代码与图示分析

让我们通过具体的代码和图示来理解 begin() 和 end() 的用法。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s = "abcdef";

    string::iterator it1 = s.begin();
    string::iterator it2 = s.end();

    cout << (it1 < it2) << endl;
    cout << it1 - it2 << endl;

    return 0;
}

运行结果：

1
-6

图示说明：

假设字符串 s = "abcdef"，其下标和迭代器关系如下：

• s.begin() 返回指向第一个字符（即 a）的迭代器。
• s.end() 返回指向超出最后一个字符的迭代器位置（并非 f 的位置，而是 f 后面的位置）。
• 在输出中：
  • it1 < it2 判断迭代器的位置关系，结果为 true（即 1）。
  • it1 - it2 计算迭代器间的距离，结果为 -6，表示从起点到终点有 6 个字符。

小提示

• 迭代器支持大小比较（<、> 等），也支持加减整数（it + n、it - n）。
• 两个迭代器相减的结果是它们之间的元素个数。
• 迭代器的灵活操作为字符串的高效遍历和操作提供了保障。

💯正序遍历与逆序遍历

正序遍历

正序遍历是迭代器最常见的应用方式，从字符串的起始位置到结束位置依次访问每个字符。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s = "abcdef";

    // 使用 auto 自动推导迭代器类型
    for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
        cout << *it << ' ';
    }

    // 或者显式声明迭代器类型
    for (string::iterator it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
        cout << *it << ' ';
    }

    return 0;
}

运行结果

a b c d e f

逆序遍历

逆序遍历则是从字符串的末尾位置开始，逐步向前遍历。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s = "abcdef";

    for (string::iterator it = s.end() - 1; it >= s.begin(); --it) {
        cout << *it << ' ';
    }

    return 0;
}

运行结果

f e d c b a

注意

逆序遍历中，s.end() - 1 指向最后一个字符，而不是 s.end()。

💯修改字符串内容

迭代器不仅可以用于遍历，还可以直接修改容器中的内容。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string str = "abcdef";

    // 修改前输出原字符串
    cout << str << endl;

    // 使用迭代器修改字符串
    for (string::iterator it = str.begin(); it != str.end(); ++it) {
        *it = 'x'; // 修改每个字符为 'x'
    }

    // 修改后输出新字符串
    cout << str << endl;

    return 0;
}

运行结果

abcdef
xxxxxx

解释

通过迭代器访问字符串中的每个字符，并使用 *it = 'x' 将其修改为 x，实现了对原字符串的就地修改。

💯拓展：迭代器的更多功能

迭代器类型

C++ 提供了多种迭代器，常见的有：

• 输入迭代器（Input Iterator）：只读访问容器中的元素。
• 输出迭代器（Output Iterator）：只写访问容器中的元素。
• 前向迭代器（Forward Iterator）：支持单向遍历。
• 双向迭代器（Bidirectional Iterator）：支持正序和逆序遍历（如 string::iterator）。
• 随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持随机访问容器中的任意元素（如 vector 的迭代器）。

常用 STL 算法与迭代器

C++ STL 提供了大量算法，可以与迭代器配合使用，例如：

• std::find：查找特定元素。
• std::sort：排序。
• std::copy：复制容器内容。

示例：查找特定字符

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
    string s = "abcdef";

    auto it = find(s.begin(), s.end(), 'c');

    if (it != s.end()) {
        cout << "Found: " << *it << endl;
    } else {
        cout << "Not Found" << endl;
    }

    return 0;
}

💯小结

通过本文的详细分析，我们可以看到，迭代器是 C++ STL 中操作容器的核心工具。无论是遍历、修改还是配合算法使用，迭代器都能够提供高效且优雅的解决方案。本文以 std::string 为例，结合代码和图示，讲解了迭代器的基本用法，并拓展了迭代器的更多应用场景。

迭代器的灵活性为开发者带来了极大的便利，但也需要我们在使用时注意边界条件和逻辑错误。如果你对 C++ 中其他容器（如 vector、map 等）感兴趣，迭代器同样适用，甚至更为强大，欢迎进一步探索！