迭代器（iterators）與traits程式設計技巧
阿新 • • 發佈：2019-02-17
//iterator_traits的預設版本 template<typename I> class iterator_traits { //每種容器的迭代器都必須定義value_type,value_type,pointer,reference,iterator_category typedef typename I::value_type value_type; typedef typename I::difference_type value_type; typedef typename I::pointer pointer; typedef typename I::reference reference; typedef typename I::iterator_category iterator_category; } //針對 I為 原始指標的特化版本 template<typename T> class iterator_traits<T *> { typedef T value_type; typedef ptrdiff_t difference_type;//build-in 型別ptrdiff_t定義在<cstddef>標頭檔案中 typedef T* pointer; typedef T & reference; typedef random_access_iterator_tag iterator_category;//關於iterator_category，下面會詳細介紹 } //針對 I為 const原始指標的特化版本 template<typename T> class iterator_traits<const T *> { typedef T value_type; typedef ptrdiff_t difference_type;//build-in 型別ptrdiff_t定義在<cstddef>標頭檔案中 typedef const T* pointer; typedef const T & reference; typedef random_access_iterator_tag iterator_category;//關於iterator_category，下面會詳細介紹 }
迭代器的型別 iterator_category
迭代器被分為五類：
Input iterator :只讀(read only)
Output iterator:只寫(write only)
Forward Iterator:讀寫（read and write）
Bidirectional Iterator:雙向迭代器，可前進可後退。
Random Access Iterator：可隨機訪問，跳躍式，p+n,p-n,p[n],p1-p2,p1<p2等都支援。
舉個例子說明iterator_traits怎麼處理五種型別迭代器的，同時對traits程式設計技巧加上印象。
實現advance（I，n）函式，兩個引數I表示迭代器，n表示前進的距離。針對不同型別的迭代器，呼叫效率最高的函式版本。
思路一：
定義多個版本，在對外介面中判斷呼叫哪個版本。
//針對input iterator template<typename InputIterator,typename Distance> void _addvance_II(InputIterator & i,Distance n) { while(n--)++i; } //針對 bidirectional iterator template<typename Bidirectional,typename Distance> void _addvance_IB(Bidirectional & b,Distance n) { if(n>=0) while(n--)++b; else while(n++)--b; } //針對Random Access Iterator template<typename RandomAccessIterator,typename Distance> void _addvance_RAI(RandomAccessIterator & r,Distance n) { r+=n; } //對外介面 template<typename InputIterator,typename Distance> void advance(InputIterator i,Distance n) { //在這裡判斷i到底是哪種型別的迭代器 if(is_input_iterator(i)) _addvance_II(i,n); else if(is_bidirectional_iterator(i)) _addvance_IB(i,n); else _addvance_RAI(i,n); }
這種方法有個嚴重的缺陷：在執行期間才確定執行哪個版本，影響效率，最後在編譯期間就能決定呼叫哪個函式。函式過載可解決這個問題，1.為了實現過載機制需要提供額外的引數來區分不同函式；2.然後再在對外介面內確定該額外引數的型別。
//五個作為標記的型別
struct input_iterator_tag{};
struct output_iterator_tag{};
struct forward_iterator_tag:public input_iterator_tag{};
struct bidirectional_iterator:public forward_iterator_tag{};
struct random_access_iterator_tag:public bidirectional_iterator{};
//針對input iterator
template<typename InputIterator,typename Distance>
void _addvance(InputIterator & i,Distance n,input_iterator_tag)
{
while(n--)++i;
}
//forward iterator版本不用定義，因為它的實現與 input iterator版本完全一樣
//上面的五個型別標記的繼承關係使得 當傳進來的迭代器型別是forward iterator時
//由於沒有定義該版本的_advance，所以會呼叫基類input iterator版本的_advance.
//針對 bidirectional iterator
template<typename Bidirectional,typename Distance>
void _addvance(Bidirectional & b,Distance n,bidirectional_iterator)
{
if(n>=0)
while(n--)++b;
else
while(n++)--b;
}
//針對Random Access Iterator
template<typename RandomAccessIterator,typename Distance>
void _addvance(RandomAccessIterator & r,Distance n,random_access_iterator_tag)
{
r+=n;
}
//對外介面
template<typename InputIterator,typename Distance>
void advance(InputIterator i,Distance n)
{
//這裡利用iterator_traits判斷呼叫哪個版本的_advance
_addvance(i,n,iterator_traits<InputIterator>::iterator_category());
}為了規範，任何迭代器都需提供上述五個內嵌型別，以利用traits提取特性。為了方便，STL提供了一個基類 iterator,每個特定的迭代器只需繼承該基類即可。
template<typename Category,
typename T,
typename Distance=pdfdiff_t,
typename Pointer= T*,
typename Reference=T&;>
class iterator
{
typedef Category iterator_category;
typedef T value_type;
typedef Distance difference_type;
typedef Pointer pointer;
typedef Reference reference;
}
//例如 list的迭代器，型別為forward iterator
template<typename Item>
class struct ListIter:public std::iterator<std::forward_iterator_tag,Item>
{
//......
}