STL源码分析-iterator（迭代器）

1. GOF 迭代器设计模式

前面一篇文章有写到stl_list的实现，也实现了一下相应的iterator，可是后面以为，实现具体容器以前有必要介绍一下iterator（迭代器） 。那么迭代器是什么呢？

GOF的设计模式是这样定义的： 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部表示。

大概意思是，例如一个聚合对象(list)，咱们该如何来访问它的元素，而又不暴露内部结构；并且还要针对不一样的须要，可能以不一样的方式遍历这个list；那么即便，咱们知道大概会有哪些遍历操做，那咱们也不会但愿list接口中充斥着各类不一样遍历操做。一句话，就是若是把遍历和操做元素的各类方法都放到list中来实现，那么将会致使list类中结构变得混乱并且不稳定。

正好迭代器就是用来提供给外部访问聚合对象元素的一个结构。 那GOF设计模式，采用的实现方式是OOP（面向对象），类图关系以下：

具体的聚合对象有本身的继承关系，具体的iterator也有本身的继承关系，也就是经过继承多态来实现用户侧代码无需修改，就能够兼容不一样的聚合对象。在GOF设计模式书中专门有一点提到：使用多态迭代器是有代价的。他们要求用一个Factory Method动态分配迭代器对象。所以仅当必须多态时才使用它们。

2. STL 迭代器

在C++ STL中，也是继承了GOF提出的迭代器基本需求，而且迭代器（iterator）扮演着重要角色，来将将容器和算法分开，彼此独立设计，最后再以胶着剂（iterator）将它们撮合在一块儿。

那么C++ STL实现iterator和GOF介绍的迭代器实现方法什么区别呢？ 那首先咱们须要了解C++中的两个编程范式的概念，GP（泛型编程）和OOP（面向对象编程）。

在C++语言里面，咱们能够如下方式来简单区分一下GP和OOP：

GP: 泛型编程，也被称为"静态多态"，多种数据类型在同一种算法或者结构上皆可操做，其效率与针对某特定数据类型而设计的算法或者结构相同， 具体数据类型在编译期肯定，编译器承担更多，代码执行效率高。在STL中利用GP将methods和datas实现了分而治之。

OOP: 将methods和datas关联到一块儿 （通俗点就是方法和成员变量放到一个类中实现），经过继承的方式，利用虚函数表（virtual）实现运行时类型断定，也叫"动态多态", 因为运行过程当中需根据类型去检索虚函数表，所以效率相对较低。

恰好，C++ STL库的整个实现采用的就是GP（Generic Programming），而不是OOP（Object Oriented Programming）。而GOF设计模式采用的 就是继承关系实现的，所以，相对来说，C++ STL的实现效率会相对较高，并且也更有利于维护。

3. STL iterator分类和总结

迭代器类型基本关系：

STL 迭代器基本介绍：

一、输入迭代器：只读，一次传递

可为输入迭代器预约义实现只有istream_iterator和istreambuf_iterator，用于从一个输入流istream中读取。一个输入迭代器仅能对它所选择的每一个元素进行一次解析，它们只能向前移动。一个专门的构造函数定义了超越末尾的值。老是，输入迭代器能够对读操做的结果进行解析（对每一个值仅解析一次），而后向前移动。

二、输出迭代器：只写，一次传递

这是对输入迭代器的补充，不过是写操做而不是读操做。为输出迭代器的预约义实现只有ostream_iterator和ostreambuf_iterator，用于向一个输出流ostream写数据，还有一个通常较少使用的raw_storage_iterator。他们只能对每一个写出的值进行一次解析，而且只能向前移动。对于输出迭代器来讲，没有使用超越末尾的值来结束的概念。总之，输出迭代器能够对写操做的值进行解析（对每个值仅解析一次），而后向前移动。

三、前向迭代器：屡次读/写

前向迭代器包含了输入和输出迭代器二者的功能，加上还能够屡次解析一个迭代器指定的位置，所以能够对一个值进行屡次读/写。顾名思义，前向迭代器只能向前移动。没有为前向迭代器预约义迭代器。

四、双向迭代器：operator--

双向迭代器具备前向迭代器的所有功能。另外它还能够利用自减操做符operator--向后一次移动一个位置。由list容器中返回的迭代器都是双向的。

五、随机访问迭代器：相似于一个指针

随机访问迭代器具备双向迭代器的全部功能，再加上一个指针全部的功能（一个指针就是一个随机访问迭代器），除了没有一种“空（null）”迭代器和空指针对应。基本上能够这样说，一个随机访问迭代器就像一个指针那样能够进行任何操做，包括使用操做符operator[]进行索引，加某个数值到一个指针就能够向前或者向后移动若干个位置，或者使用比较运算符在迭代器之间进行比较。

能够参考一下以前list实现的iterator代码，iterator内部维护一个list节点指针，而后对++和--进行操做符重载时，实际上是指针的先后移动，所以stl_list的迭代器类型为双向迭代器。


迭代器做为STL的一个重要组成部分，今天算是作了一个简单的总结，在后续分析STL其余内容的过程当中也会常常遇到！

2018年9月25日23:44:02