迭代器和指针¶
该笔记基于课程CS106L的学习，用于记录一些cpp的重要特性以及先前不曾了解的cpp特性。
迭代器¶
在遍历容器元素时，除了使用for循环，C++还提供了一个叫迭代器（iterator）的东西用于访问容器元素。
将容器视作存放文件的文件夹，迭代器就是遍历这些文件的高效工具。
在STL中，不同的容器具有不同的迭代器，但所有迭代器都共享以下特性：
- 初始化：
iter = s.begin()
Note
容器的begin()和end()方法返回迭代器。
-
自增：
++iter -
解引用：
*iter -
比较：
iter != s.end() -
拷贝：
iter2 = iter1
针对其他操作，不同的容器具有差异，以下是CS106L的课程幻灯片提供的一幅文档截图：
这几个迭代器的功能包含关系大致可由下图概括：
-----------------------------------------
| Random-Access |
| --------------------------------- |
| | Bidirectional | |
| | ------------------------- | |
| | | Forward | | |
| | | --------- ---------- | | |
| | | | Input | | Output | | | |
| | | --------- ---------- | | |
| | | | | |
| | ------------------------- | |
| | | |
| --------------------------------- |
| |
-----------------------------------------
前向迭代器¶
前向迭代器（Forward iterators）是标准容器所具有的最基本功能级别的迭代器。其在容器中只能单向移动。
- 输入迭代器（Input iterators）可出现在
=操作符的右侧（RHS, Right Hand Side）
auto elem = *it;
- 输出迭代器（Output iterators）可出现在
=操作符的左侧（LHS, Left Hand Side）
*elem = value;
双向迭代器¶
双向迭代器（Bidirectional iterators）可向前移动，同时也可向后移动。
--iter;
Note
自增或自减运算将运算符置于迭代器前（前置自增/自减），迭代器返回迭代器自增或自减后的值，置后反之。实际编程中推荐使用前者，因为其通常比后者更加高效。
- 功能本质上与前向迭代器没有区别
随机访问迭代器¶
随机访问迭代器（Random-Access iterators）允许用户直接访问容器中的某个元素而不需要依次访问所有元素。
-
iter += 5; -
向量访问：
vec[1],vec[5]..... -
需要注意避免越界访问
STL 迭代器分类¶
对于STL中的不同容器，它们对应的迭代器如下：
| 容器 | 迭代器类型 |
|---|---|
std::vector | Random-Access |
std::deque | Random-Access |
std::list | Bidirectional |
std::map | Bidirectional |
std::set | Bidirectional |
std::stack | No iterator |
std::queue | No iterator |
std::priority_queue | No iterator |
以上表格来源于CS106L的课程幻灯片。
创建一个容器意味着同时创建一个对应的迭代器。对于queue和stack，可以通过改变容器来访问容器元素。
Warning
在使用迭代器进行迭代时，迭代对象必须是const，即不可变。
使用迭代器¶
for (auto iter=set.begin(); iter != set.end(); ++iter) {
const auto& elem = *iter;
}
*iter）。 若迭代对象是std::map，则可使用结构化绑定进行高效解引用：
std::map<int, int> map{
{0, 000},
{1, 001},
{2, 010},
{3, 011},
{4, 100},
{5, 101}
}
for (auto iter=map.beging(); iter != map.end(); ++iter) {
const auto& [key, value] = *iter;
}
上面的for语句等效于：
for (auto& elem : map) {
const auto [key, value] = elem;
}
for-each 学习迭代器时，可简单将其理解为指向容器元素的指针，虽然这并不准确。关于迭代器的底层原理，可参考Iterators | CS106L-TextBook
指针¶
了解过C语言的话，这部分内容可直接跳过。是的，二者的指针没有本质上的区别。
详细概念、底层原理可参考Pointers and Memory | CS106L-TextBook
指针与引用的区别¶
引用本质上是一个变量的别名，而指针的本质是其指向变量的内存地址。访问引用变量的值只需要使用引用的名称即可，而访问一个指针指向的变量的值则需进行解引用操作（*）。
在灵活性上，指针更胜一筹，它可以指向内存中的任何对象，包括nullptr；引用操作则只能指向一个有效对象，且引用变量一经初始化后便无法再改变其引用对象。
当然，安全和灵活二者是守恒的。指针灵活的特性导致其在使用过程中可能会出现空指针解引用等危险操作；而引用的对象不可变（const）及对象有效性则有效避免了这些可能在开发过程中被忽略的，但可能在程序运行过程中被触发的问题。
Pointers and Memory | CS106L-TextBook中也介绍了这部分的内容。