C++ 實現自定義型別的迭代器操作
##動機
我們知道STL實現了很多演算法(#include<algorithm>),如果專案是基於STL構建那麼能夠最大化使用現有程式碼當然是最好的。在STL中容器和演算法之間的橋樑是迭代器。所以在定義好自定義型別的容器後,接下來就是迭代器的實現。
STL中的迭代器
迭代器模式是一種經典的設計模式,而STL的迭代器實現用到了模板的一些特性和技能,在這裡稍微介紹一下
下面是STL中結構體iterator的定義,這麼定義是給後面的演算法多型和萃取時(具體見書中介紹)使用的。
其中的_Category 和_Ty 沒有預設值,需要自己給引數的。
_Ty就是元素的型別
template<class _Category,class _Ty,class _Diff = ptrdiff_t,class _Pointer = _Ty *,class _Reference = _Ty&> struct iterator { // base type for iterator classes typedef _Category iterator_category; typedef _Ty value_type; typedef _Diff difference_type; typedef _Diff distance_type; // retained typedef _Pointer pointer; typedef _Reference reference; };
而_Category是迭代器的型別,主要有以下幾種
// ITERATOR STUFF (from <iterator>) // ITERATOR TAGS (from <iterator>) struct input_iterator_tag //只讀 { // identifying tag for input iterators }; struct _Mutable_iterator_tag //只寫 { // identifying tag for mutable iterators }; struct output_iterator_tag //只寫 : _Mutable_iterator_tag { // identifying tag for output iterators }; struct forward_iterator_tag //前向移動 : input_iterator_tag,_Mutable_iterator_tag { // identifying tag for forward iterators }; struct bidirectional_iterator_tag //可雙向移動 : forward_iterator_tag { // identifying tag for bidirectional iterators }; struct random_access_iterator_tag //隨機讀寫 : bidirectional_iterator_tag { // identifying tag for random-access iterators }; //...
自定義迭代器
我希望迭代器有以下操作:*,++。另外還想要通過迭代器呼叫count_if函式。那看一下count_if都用到哪些操作符吧
// TEMPLATE FUNCTION count_if template<class _InIt,class _Pr> inline typename iterator_traits<_InIt>::difference_type _Count_if(_InIt _First,_InIt _Last,_Pr _Pred) { // count elements satisfying _Pred typename iterator_traits<_InIt>::difference_type _Count = 0; for (; _First != _Last; ++_First) if (_Pred(*_First)) ++_Count; return (_Count); }
可以看到用到了++,!=,*。所以我們的迭代器需要把這些都給實現了。程式碼很簡單:
#include<iterator> template<class T> class MyIterator : public iterator<input_iterator_tag,T>{ public: MyIterator(T* p){ _ptr = p; } //賦值 MyIterator& operator = (const MyIterator &iter) { _ptr = iter._ptr; } //不等於 bool operator != (const MyIterator &iter) { return _ptr!= iter._ptr; } //等於 bool operator == (const MyIterator &iter) { return _ptr == iter._ptr; } //字首自加 MyIterator& operator ++ () { _ptr++; return *this; } //字尾自加 MyIterator operator ++ (int) { MyIterator tmp= *this; _ptr++; return tmp; } //取值 T& operator * () { return *_ptr; } private: T* _ptr;//實際的內容指標,通過該指標跟容器連線 };
自定義容器
下面給出個簡單的陣列容器,實現了陣列的基本操作。並把剛剛定義的迭代器內建了
template<class T> class myVector{ public: typedef MyIterator<T> iterator;//所有型別迭代器用同一個名字,便於寫出更通用的程式碼 myVector(){ _selfElems = new T[32]; _count = 32; init(); } myVector(int n){ _selfElems = new T[n]; _count = n; init(); } void init(){ memset(_selfElems,sizeof(T)* _count); } //常用介面 T& operator[](int i){ return _selfElems[i]; } iterator begin(){ return iterator(_selfElems); } iterator end(){ return iterator(_selfElems + _count); } int size() const { return _count; } private: T* _selfElems; int _count; };
##測試
定義一個vector和自定容器myVector,用迭代器去訪問,並通過迭代器使用conunt_if函式,可以看到用法完全一樣
bool eq_10(int k){ return k == 10; } int main(){ //自定義型別 myVector<int> mv(10); mv[3] = 10; mv[9] = 10; myVector<int>::iterator it = mv.begin(); cout <<"mv:"<<endl; while (it != mv.end()){ cout << *(it++) << " "; } cout << endl; cout << count_if(mv.begin(),mv.end(),eq_10) << endl; //STL 容器 vector<int> v(10,0); v[3] = 10; v[9] = 10; vector<int>::iterator it1 = v.begin(); cout << "v:" << endl; while (it1 != v.end()){ cout << *(it1++) << " "; } cout << endl; cout << count_if(mv.begin(),eq_10) << endl; getchar(); return 0;
總結和思考
所以簡單來說,如果想要定義自己容器的迭代器並想通過迭代器呼叫STL的演算法函式的話。首先繼承iteroter,然後實現必要的操作符即可。不過具體的演算法函式對迭代器型別是有要求的,這個需要自己把握。
在這個簡單的示例裡面,直接用myVector的指標(mv._ptr)也是可以呼叫count_if的,因為STL通過模板偏特化技術使得迭代器也支援原生指標。不過既然把訪問元素都放到迭代器中了,我們就可以對所有的容器用統一的方式訪問了,而不用暴露每個容器的細節(myVector::_ptr):
//T為某種迭代器 template<class T> void display(T it,T end){ T it1 = it; while (it1 != end){ cout << *(it1++) << " "; } cout << endl; cout << count_if(it,end,eq_10) << endl; } int main(){ //自定義型別 myVector<int> mv(10); mv[3] = 10; mv[9] = 10; //STL 容器 vector<int> v(10,0); v[3] = 10; v[9] = 10; //vector 和 myVector底層實現有很大區別,但是可用同一個函式做遍歷等操作 display(mv.begin(),mv.end()); display(v.begin(),v.end()); getchar(); return 0; }
迭代器賦予了容器更多的功能和通用性
補充知識:C++ 自定義迭代器(實現++遞增兩格)
//效果每次迭代器加移動兩格
#pragma once //MyIterator.h #include <iterator> #include <exception> template<typename Container> class MyIterator :public std::iterator<std::random_access_iterator_tag,typename Container::value_type> { protected: Container& container; typename Container::iterator pos; public: explicit MyIterator(Container& c) :container(c),pos(c.begin()){} MyIterator(const MyIterator& rhs) :container(rhs.container),pos(rhs.pos) {} MyIterator& operator =(const MyIterator& rhs) { throw_ex(rhs.container); pos = rhs.pos; return *this; } //--等就省略了... MyIterator& operator ++() { auto tmp = container.end() - 1; if (pos == tmp) ++pos; else pos += 2; return *this; } bool operator ==(const MyIterator& rhs)const { try { if (&rhs.container == &container) return pos == rhs.pos; else { throw exception("物件錯誤"); } } catch (exception &e) { cout << e.what(); exit(EXIT_FAILURE); } } bool operator !=(const MyIterator& rhs)const { return !(*this == rhs); } typename Container::value_type & operator *() { return *pos; } void begin() { pos = container.begin(); } void end() { pos = container.end(); } private: void throw_ex(const Container& c) { try { if (&c == &container) return; else throw exception("Copy 構造失敗"); } catch (exception &e) { cout << e.what(); exit(EXIT_FAILURE); } } }; //無法使用或新增vector<T> vec 成員函式vec.begin()或全域性函式begin(vec) //我們做個假冒的全域性函式 start(vec) over(vec) template<typename Container> MyIterator<Container> start(Container& c) { MyIterator<Container> mi(c); mi.begin(); return mi; } template<typename Container> MyIterator<Container> over(Container & c) { MyIterator<Container> mi(c); mi.end(); return mi; }
//main.cpp
#include <iostream> #include <vector> #include "MyIterator.h" #include <list> using namespace std; //因繼承了iterator<std::random_access_iterator_tag,Container::value_type>才擁有此特性 template<typename Iterator> void printIterator(const Iterator &It) { cout << typeid(typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category).name() << endl; } int main() { vector<int> coll{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 }; MyIterator<decltype(coll)> myit(coll); printIterator(myit); for (; myit != over(coll); ++myit) { cout << *myit << ends; } system("pause"); return 0; }
效果:
以上為個人經驗,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支援我們。如有錯誤或未考慮完全的地方歡迎留言討論,望不吝賜教。