如何正确实现自定义迭代器和const_iterators？

我有一个自定义容器类，我想为其编写iterator和const_iterator类。

我以前从未做过，但是找不到合适的方法。关于迭代器创建的准则是什么，我应该注意什么？

我还想避免代码重复（我感觉到const_iterator并iterator共享许多东西；一个应该继承另一个吗？）。

脚注：我很确定Boost可以缓解此问题，但是由于许多愚蠢的原因，我不能在这里使用它。

• 选择适合您的容器的迭代器类型：输入，输出，转发等。
• 使用标准库中的基本迭代器类。例如，std::iterator与random_access_iterator_tag这些基类定义STL所需的所有类型定义并执行其他工作。

• 为了避免代码重复，迭代器类应为模板类，并通过“值类型”，“指针类型”，“引用类型”或所有它们（取决于实现）进行参数设置。例如：

  // iterator class is parametrized by pointer type
  template <typename PointerType> class MyIterator {
      // iterator class definition goes here
  };
  
  typedef MyIterator<int*> iterator_type;
  typedef MyIterator<const int*> const_iterator_type;

  注意iterator_type和const_iterator_type类型定义：它们是您的非const和const迭代器的类型。

另请参见：标准库参考

编辑： std::iterator自C ++ 17起不推荐使用。请参阅此处的相关讨论。

我将向您展示如何轻松地为自定义容器定义迭代器，但以防万一我创建了一个c ++ 11库，该库可让您轻松地针对任何类型的容器（相邻或连续）创建具有自定义行为的自定义迭代器非连续的。

你可以在Github上找到它

以下是创建和使用自定义迭代器的简单步骤：

1. 创建您的“自定义迭代器”类。
2. 在“自定义容器”类中定义typedef。
   • 例如 typedef blRawIterator< Type > iterator;
   • 例如 typedef blRawIterator< const Type > const_iterator;
3. 定义“开始”和“结束”功能
   • 例如 iterator begin(){return iterator(&m_data[0]);};
   • 例如 const_iterator cbegin()const{return const_iterator(&m_data[0]);};
4. 我们完成了！！！

最后，定义我们的自定义迭代器类：

注意： 在定义自定义迭代器时，我们从标准迭代器类别中派生出来，以使STL算法知道我们制作的迭代器的类型。

在此示例中，我定义了一个随机访问迭代器和一个反向随机访问迭代器：

1. //-------------------------------------------------------------------
   // Raw iterator with random access
   //-------------------------------------------------------------------
   template<typename blDataType>
   class blRawIterator
   {
   public:
   
       using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;
       using value_type = blDataType;
       using difference_type = std::ptrdiff_t;
       using pointer = blDataType*;
       using reference = blDataType&;
   
   public:
   
       blRawIterator(blDataType* ptr = nullptr){m_ptr = ptr;}
       blRawIterator(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator) = default;
       ~blRawIterator(){}
   
       blRawIterator<blDataType>&                  operator=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator) = default;
       blRawIterator<blDataType>&                  operator=(blDataType* ptr){m_ptr = ptr;return (*this);}
   
       operator                                    bool()const
       {
           if(m_ptr)
               return true;
           else
               return false;
       }
   
       bool                                        operator==(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator)const{return (m_ptr == rawIterator.getConstPtr());}
       bool                                        operator!=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator)const{return (m_ptr != rawIterator.getConstPtr());}
   
       blRawIterator<blDataType>&                  operator+=(const difference_type& movement){m_ptr += movement;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator-=(const difference_type& movement){m_ptr -= movement;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator++(){++m_ptr;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator--(){--m_ptr;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>                   operator++(int){auto temp(*this);++m_ptr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator--(int){auto temp(*this);--m_ptr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator+(const difference_type& movement){auto oldPtr = m_ptr;m_ptr+=movement;auto temp(*this);m_ptr = oldPtr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator-(const difference_type& movement){auto oldPtr = m_ptr;m_ptr-=movement;auto temp(*this);m_ptr = oldPtr;return temp;}
   
       difference_type                             operator-(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){return std::distance(rawIterator.getPtr(),this->getPtr());}
   
       blDataType&                                 operator*(){return *m_ptr;}
       const blDataType&                           operator*()const{return *m_ptr;}
       blDataType*                                 operator->(){return m_ptr;}
   
       blDataType*                                 getPtr()const{return m_ptr;}
       const blDataType*                           getConstPtr()const{return m_ptr;}
   
   protected:
   
       blDataType*                                 m_ptr;
   };
   //-------------------------------------------------------------------

2. //-------------------------------------------------------------------
   // Raw reverse iterator with random access
   //-------------------------------------------------------------------
   template<typename blDataType>
   class blRawReverseIterator : public blRawIterator<blDataType>
   {
   public:
   
       blRawReverseIterator(blDataType* ptr = nullptr):blRawIterator<blDataType>(ptr){}
       blRawReverseIterator(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){this->m_ptr = rawIterator.getPtr();}
       blRawReverseIterator(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator) = default;
       ~blRawReverseIterator(){}
   
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator) = default;
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){this->m_ptr = rawIterator.getPtr();return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(blDataType* ptr){this->setPtr(ptr);return (*this);}
   
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator+=(const difference_type& movement){this->m_ptr -= movement;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator-=(const difference_type& movement){this->m_ptr += movement;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator++(){--this->m_ptr;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator--(){++this->m_ptr;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator++(int){auto temp(*this);--this->m_ptr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator--(int){auto temp(*this);++this->m_ptr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator+(const int& movement){auto oldPtr = this->m_ptr;this->m_ptr-=movement;auto temp(*this);this->m_ptr = oldPtr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator-(const int& movement){auto oldPtr = this->m_ptr;this->m_ptr+=movement;auto temp(*this);this->m_ptr = oldPtr;return temp;}
   
       difference_type                             operator-(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator){return std::distance(this->getPtr(),rawReverseIterator.getPtr());}
   
       blRawIterator<blDataType>                   base(){blRawIterator<blDataType> forwardIterator(this->m_ptr); ++forwardIterator; return forwardIterator;}
   };
   //-------------------------------------------------------------------

现在在您的自定义容器类中的某个位置：

template<typename blDataType>
class blCustomContainer
{
public: // The typedefs

    typedef blRawIterator<blDataType>              iterator;
    typedef blRawIterator<const blDataType>        const_iterator;

    typedef blRawReverseIterator<blDataType>       reverse_iterator;
    typedef blRawReverseIterator<const blDataType> const_reverse_iterator;

                            .
                            .
                            .

public:  // The begin/end functions

    iterator                                       begin(){return iterator(&m_data[0]);}
    iterator                                       end(){return iterator(&m_data[m_size]);}

    const_iterator                                 cbegin(){return const_iterator(&m_data[0]);}
    const_iterator                                 cend(){return const_iterator(&m_data[m_size]);}

    reverse_iterator                               rbegin(){return reverse_iterator(&m_data[m_size - 1]);}
    reverse_iterator                               rend(){return reverse_iterator(&m_data[-1]);}

    const_reverse_iterator                         crbegin(){return const_reverse_iterator(&m_data[m_size - 1]);}
    const_reverse_iterator                         crend(){return const_reverse_iterator(&m_data[-1]);}

                            .
                            .
                            .
    // This is the pointer to the
    // beginning of the data
    // This allows the container
    // to either "view" data owned
    // by other containers or to
    // own its own data
    // You would implement a "create"
    // method for owning the data
    // and a "wrap" method for viewing
    // data owned by other containers

    blDataType*                                    m_data;
};

他们常常忘记，iterator必须转换为const_iterator但不能转换为其他方式。这是一种方法：

template<class T, class Tag = void>
class IntrusiveSlistIterator
   : public std::iterator<std::forward_iterator_tag, T>
{
    typedef SlistNode<Tag> Node;
    Node* node_;

public:
    IntrusiveSlistIterator(Node* node);

    T& operator*() const;
    T* operator->() const;

    IntrusiveSlistIterator& operator++();
    IntrusiveSlistIterator operator++(int);

    friend bool operator==(IntrusiveSlistIterator a, IntrusiveSlistIterator b);
    friend bool operator!=(IntrusiveSlistIterator a, IntrusiveSlistIterator b);

    // one way conversion: iterator -> const_iterator
    operator IntrusiveSlistIterator<T const, Tag>() const;
};

在上述通知中，如何IntrusiveSlistIterator<T>转换为IntrusiveSlistIterator<T const>。如果T已经存在，则const此转换永远不会被使用。

Boost有一些帮助：Boost.Iterator库。

更准确地说，此页面是：boost :: iterator_adaptor。

非常有趣的是Tutorial Example，从头开始显示了自定义类型的完整实现。

template <class Value>
class node_iter
  : public boost::iterator_adaptor<
        node_iter<Value>                // Derived
      , Value*                          // Base
      , boost::use_default              // Value
      , boost::forward_traversal_tag    // CategoryOrTraversal
    >
{
 private:
    struct enabler {};  // a private type avoids misuse

 public:
    node_iter()
      : node_iter::iterator_adaptor_(0) {}

    explicit node_iter(Value* p)
      : node_iter::iterator_adaptor_(p) {}

    // iterator convertible to const_iterator, not vice-versa
    template <class OtherValue>
    node_iter(
        node_iter<OtherValue> const& other
      , typename boost::enable_if<
            boost::is_convertible<OtherValue*,Value*>
          , enabler
        >::type = enabler()
    )
      : node_iter::iterator_adaptor_(other.base()) {}

 private:
    friend class boost::iterator_core_access;
    void increment() { this->base_reference() = this->base()->next(); }
};

正如已经提到的，要点是使用单个模板实现及其typedef。

我不知道Boost是否有任何帮助。

我的首选模式很简单：采用等于value_type或不带const限定值的模板参数。如有必要，还可以是节点类型。然后，一切都准备就绪。

只要记住要对所有需要的参数进行参数化（模板化），包括复制构造函数和即可operator==。在大多数情况下，的语义const会创建正确的行为。

template< class ValueType, class NodeType >
struct my_iterator
 : std::iterator< std::bidirectional_iterator_tag, T > {
    ValueType &operator*() { return cur->payload; }

    template< class VT2, class NT2 >
    friend bool operator==
        ( my_iterator const &lhs, my_iterator< VT2, NT2 > const &rhs );

    // etc.

private:
    NodeType *cur;

    friend class my_container;
    my_iterator( NodeType * ); // private constructor for begin, end
};

typedef my_iterator< T, my_node< T > > iterator;
typedef my_iterator< T const, my_node< T > const > const_iterator;

有很多好的答案，但是我创建了一个模板头，非常简洁且易于使用。

要将迭代器添加到您的类，只需编写一个小类来表示具有7个小函数的迭代器状态，其中两个小函数是可选的：

#include <iostream>
#include <vector>
#include "iterator_tpl.h"

struct myClass {
  std::vector<float> vec;

  // Add some sane typedefs for STL compliance:
  STL_TYPEDEFS(float);

  struct it_state {
    int pos;
    inline void begin(const myClass* ref) { pos = 0; }
    inline void next(const myClass* ref) { ++pos; }
    inline void end(const myClass* ref) { pos = ref->vec.size(); }
    inline float& get(myClass* ref) { return ref->vec[pos]; }
    inline bool cmp(const it_state& s) const { return pos != s.pos; }

    // Optional to allow operator--() and reverse iterators:
    inline void prev(const myClass* ref) { --pos; }
    // Optional to allow `const_iterator`:
    inline const float& get(const myClass* ref) const { return ref->vec[pos]; }
  };
  // Declare typedef ... iterator;, begin() and end() functions:
  SETUP_ITERATORS(myClass, float&, it_state);
  // Declare typedef ... reverse_iterator;, rbegin() and rend() functions:
  SETUP_REVERSE_ITERATORS(myClass, float&, it_state);
};

然后，您可以按照STL迭代器的期望使用它：

int main() {
  myClass c1;
  c1.vec.push_back(1.0);
  c1.vec.push_back(2.0);
  c1.vec.push_back(3.0);

  std::cout << "iterator:" << std::endl;
  for (float& val : c1) {
    std::cout << val << " "; // 1.0 2.0 3.0
  }

  std::cout << "reverse iterator:" << std::endl;
  for (auto it = c1.rbegin(); it != c1.rend(); ++it) {
    std::cout << *it << " "; // 3.0 2.0 1.0
  }
}

希望对您有所帮助。