Modern C++ Iterators

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档详细阐述了C++中的迭代器概念及其在不同版本中的演变。迭代器作为容器和算法之间的粘合剂，具有不同的分类（如随机访问迭代器、双向迭代器、前向迭代器和输入迭代器），每种迭代器具备特定的操作能力。C++11引入了cbegin()和cend()以支持只读迭代，而C++20引入了新的范围和迭代器分类（如连续范围和随机访问范围），并提出了使用迭代器的注意事项，如避免比较不同范围的迭代器。文档还讨论了迭代器的灵活性和抽象性，以及其在泛型代码中的应用，同时强调了迭代器的使用陷阱，如无效引用和修改后的迭代器操作可能导致未定义行为。

AI总结

# 《Modern C++ Iterators》概要

**核心观点**

- **迭代器的核心作用**：作为容器与算法之间的“胶水”，提供了统一的接口，使得算法能够操作各种不同类型的容器。

- **抽象性质**：凡行为像迭代器者即为迭代器，不一定必须为显式定义的类型。这一抽象性增强了代码的通用性和灵活性。

**迭代器分类与特性**

迭代器根据其能力分为不同类别：

1. **随机访问迭代器（Random Access Iterator）**
- 能跳转至任意位置并进行比较。
- 支持的运算符包括：=, *, ++, ==, !=, --, +=, -=, <, <=, >, >=, [], -。
- 常见使用场景：`vector`, `array`, `deque`, 数组等。

2. **双向迭代器（Bidirectional Iterator）**
- 支持双向迭代。
- 支持的运算符包括：=, *, ++, ==, !=, --。
- 常见使用场景：`list`, `set`, `map`等关联容器。

3. **前向迭代器（Forward Iterator）**
- 只能向前迭代，不能倒序。
- 支持的运算符包括：=, *, ++, ==, !=。
- 常见使用场景：`forward_list`, 无序容器（如哈希表）。

4. **输入迭代器（Input Iterator）**
- 只能读取元素一次，通常用于输入操作。
- 常见使用场景：`istream_iterator`等输入流迭代器。

**使用迭代器的注意事项**

1. **引用范围的有效性**：确保迭代器引用的容器在使用时有效，避免因容器修改导致迭代器失效。

2. **迭代器比较的正确性**：仅比较指向同一容器的迭代器，避免无意义比较或潜在错误。

3. **C++20中的新特性**：C++20引入了范围（Range）和迭代器类别（Iterator Categories），进一步增强了对不同容器类型的支持。

4. **避免坑阱**：例如，使用`push_back`可能导致迭代器失效，从而引发未定义行为。

**具体实例与示例**

- **使用迭代器访问元素**：

  std::vector coll{1, 2, 3, 5, 8, 9, 11, 13, 17};
  for (auto pos = coll.begin(); pos != coll.end(); ++pos) {
      std::cout << *pos << '\n';
  }

- **查找元素**：

  auto pos8 = std::find(coll.begin(), coll.end(), 8);
  if (pos8 != coll.end()) {
      std::cout << "8 found\n";
      *pos8 *= 2;
  }

**新版本特性**

- **C++11的增强**：
- 支持基于范围的for循环，简化迭代器的使用：

    for (const auto& elem : coll) {
        std::cout << elem << '\n';
    }

- **C++20的提升**：
- 引入了新的迭代器类别，如`contiguous_iterator`，优化了内存连续性Containers（如`vector`, `string`）的性能。

**结论**

迭代器是C++标准库的基石，正确有效的使用迭代器能够提升代码的可维护性和效率。理解迭代器的分类和运用场景，以及新版本C++带来的新特性，有助于开发者写出更高效、更简洁的代码。同时，谨慎处理迭代器的有效性，避免常见陷阱，是编写稳健C++代码的关键。