一分钟了解C++迭代器

>>> 背景

最近遇到一个很有趣的问题，大概是信息技术类的中考试题，问题如下。正确答案是A，在python中整数是不可以使用for遍历的，这一点可以立刻通过解释器进行验证。但是如果写成(123, )则会在字面上被认为是一个元组，又是可以通过for遍历的。

python不能对整数使用for循环进行遍历，这是因为整数不是可迭代对象，这里就会涉及一个概念，即迭代器。

>>> 内容

迭代器被引入的动机，就是为了解决不同数据容器的遍历访问方法不同的问题。通过引入迭代器，可以统一化容器的访问，提高代码的复用性，提高程序员的生活质量。

那么我们以python这个迭代问题为引子，来讲一讲C++里面是如何实现迭代器的，并给出一个非常简单的迭代器实例。

我们首先来创建一个数据容器。这个数据容器基本上就是一个数组而已。这里删除了其他的构造方法，仅仅保留一个列表初始化方法，这样我们能通过类似 MyArray< int > obj = { 1 , 2 , 3 }; 的方法快速创建一个数据对象。

#include < iostream >
using namespace std;


template < typename T >
class MyArray final {
public:
    MyArray() = delete;
    MyArray(const MyArray&) = delete;
    MyArray(const MyArray&&) = delete;

    MyArray(const initializer_list< T > &v) {
        _size = v.size();
        _data_ptr = new T[_size];
        size_t i = 0;
        for (auto it : v) {
            *(_data_ptr + i) = it;
            ++i;
        }
    }
    ~MyArray() {delete [] _data_ptr;}


private:
    T* _data_ptr;
    size_t _size;
};

我们在数据类中嵌入了迭代器的定义，这样数据类的引入也会紧跟迭代器的定义，不需要额外引入迭代器定义。可以看到，一个简单的迭代器就是实现了operator*，operator++，operator==和operator!=的类。通过这几个功能，我们就能完成迭代器更迭、迭代器取值的基本功能。

template
class MyArray final {
public:
class Iterator {
public:
Iterator(T* _p) : _curr_ptr(_p) {}
Iterator(const Iterator& other) {
if (this != &other) {
this->_curr_ptr = other._curr_ptr;
}
}
T& operator*() const {
return *_curr_ptr;
}
Iterator& operator++() {
++_curr_ptr;
return *this;
}
const Iterator operator++(int) {
Iterator tmp(*this);
++_curr_ptr;
return tmp;
}
bool operator==(const Iterator& it) const {
return this->_curr_ptr == it._curr_ptr;
}
bool operator!=(const Iterator& it) const {
return !(this == it);
}
private:
T _curr_ptr;
};
// ...
}

这里额外提一下，关于++i和i++的重载。++i返回的是左值，而且是自增之后的值，重载原型使用 Iterator& operator ++() 来表示。i++返回的是右值，而且是自增之前的值，所以需要保存一个自增前的对象副本用于返回，重载原型使用 const Iterator operator ++(int) ，这里原型使用int纯粹是为了和++i的函数区分（重载只认参数列表而不在乎返回值）。

除此之外，我们的数据类还应该提供迭代器的起始位置和终止位置，也就是常见的begin()和end()方法。

template
class MyArray final {
public:
class Iterator {
// ...
};

public:
// ...
Iterator begin() {
return Iterator(_data_ptr);
}
Iterator end() {
return Iterator(_data_ptr + _size);
}
// ...
};

完成上述工作之后，就可以用迭代器的方法来遍历整个数组啦，甚至可以使用遍历for语法。Enjoy！

int main() {
MyArray obj = {1, 2, 3};
for (auto it = obj.begin(); it != obj.end(); ++it) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
for (auto v : obj) {
cout << v << " ";
}

return 0;

}

1 2 3
1 2 3