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C++如何实现类的迭代器接口

P粉602998670
发布: 2025-09-12 10:51:01
原创
337人浏览过
实现C++自定义容器迭代器需定义嵌套的iterator和const_iterator类,重载解引用、递增、比较等操作符,并提供begin()/end()方法,使容器支持STL算法与范围for循环。

c++如何实现类的迭代器接口

在C++中实现类的迭代器接口,核心在于为你的自定义容器类定义一对嵌套的迭代器类型——

iterator
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const_iterator
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,并实现它们所需的各种操作符重载(如
*
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->
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++
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==
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!=
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),同时在容器类本身提供
begin()
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end()
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方法来返回这些迭代器实例。这让你的容器能够与标准库算法无缝协作,并支持C++11引入的范围for循环。

解决方案

要让一个自定义C++容器拥有迭代器接口,我们需要完成几个关键步骤。这不单单是语法上的要求,更是设计哲学上的考量,让你的容器真正融入C++的生态。我通常会从一个简单的数组封装类

MyVector
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开始讲解,因为它足够直观,能很好地展示迭代器的实现原理。

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本文档主要讲述的是Android JNI开发入门与提高;JNI在Android系统中有着广泛的应用。Android系统底层都是C/C++实现的,上层提供的API都是Java的,Java通过JNI调用底层的实现。比如:Android API多媒体接口MediaPlayer类,其实底层通过JNI调用libmedia库。希望本文档会给有需要的朋友带来帮助;感兴趣的朋友可以过来看看

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#include <cstddef>     // For std::ptrdiff_t
#include <iterator>    // For std::iterator_traits (及其相关概念)
#include <stdexcept>   // For std::out_of_range
#include <algorithm>   // 用于演示 std::sort, std::for_each

template <typename T>
class MyVector {
private:
    T* data;
    size_t current_size;
    size_t capacity;

    void reallocate(size_t new_capacity) {
        // 一个简单的重新分配逻辑,实际中可能更复杂,例如处理异常安全
        T* new_data = new T[new_capacity];
        for (size_t i = 0; i < current_size; ++i) {
            new_data[i] = data[i]; // 浅拷贝,实际应考虑深拷贝或移动语义
        }
        delete[] data;
        data = new_data;
        capacity = new_capacity;
    }

public:
    MyVector() : data(nullptr), current_size(0), capacity(0) {}
    MyVector(size_t initial_capacity) : current_size(0), capacity(initial_capacity) {
        data = new T[capacity];
    }
    ~MyVector() {
        delete[] data;
    }

    // 简化版push_back
    void push_back(const T& value) {
        if (current_size == capacity) {
            reallocate(capacity == 0 ? 1 : capacity * 2);
        }
        data[current_size++] = value;
    }

    T& operator[](size_t index) {
        if (index >= current_size) {
            throw std::out_of_range("Index out of bounds");
        }
        return data[index];
    }

    const T& operator[](size_t index) const {
        if (index >= current_size) {
            throw std::out_of_range("Index out of bounds");
        }
        return data[index];
    }

    size_t size() const { return current_size; }
    bool empty() const { return current_size == 0; }

    // --- 迭代器实现 ---
    class iterator {
    public:
        // 定义迭代器特性,这是与STL算法交互的关键
        using iterator_category = std::random_access_iterator_tag; // 随机访问迭代器
        using value_type = T;
        using difference_type = std::ptrdiff_t;
        using pointer = T*;
        using reference = T&;

    private:
        pointer ptr; // 迭代器内部通常只存储一个指向元素的指针

    public:
        // 构造函数
        iterator(pointer p = nullptr) : ptr(p) {}

        // 解引用操作符:访问当前元素
        reference operator*() const { return *ptr; }
        pointer operator->() const { return ptr; }

        // 前缀递增:++it
        iterator& operator++() {
            ++ptr;
            return *this;
        }

        // 后缀递增:it++
        iterator operator++(int) {
            iterator temp = *this; // 保存当前状态
            ++ptr;                 // 递增
            return temp;           // 返回递增前的状态
        }

        // 前缀递减:--it (双向迭代器需要)
        iterator& operator--() {
            --ptr;
            return *this;
        }

        // 后缀递减:it-- (双向迭代器需要)
        iterator operator--(int) {
            iterator temp = *this;
            --ptr;
            return temp;
        }

        // 随机访问操作符 (随机访问迭代器需要)
        iterator operator+(difference_type n) const { return iterator(ptr + n); }
        iterator operator-(difference_type n) const { return iterator(ptr - n); }
        difference_type operator-(const iterator& other) const { return ptr - other.ptr; }

        iterator& operator+=(difference_type n) { ptr += n; return *this; }
        iterator& operator-=(difference_type n) { ptr -= n; return *this; }

        reference operator[](difference_type n) const { return ptr[n]; }

        // 比较操作符
        bool operator==(const iterator& other) const { return ptr == other.ptr; }
        bool operator!=(const iterator& other) const { return ptr != other.ptr; }
        bool operator<(const iterator& other) const { return ptr < other.ptr; }
        bool operator>(const iterator& other) const { return ptr > other.ptr; }
        bool operator<=(const iterator& other) const { return ptr <= other.ptr; }
        bool operator>=(const iterator& other) const { return ptr >= other.ptr; }
    };

    // const_iterator 类似 iterator,但返回 const 引用,不允许修改元素
    class const_iterator {
    public:
        using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;
        using value_type = T;
        using difference_type = std::ptrdiff_t;
        using pointer = const T*;
        using reference = const T&;

    private:
        pointer ptr;

    public:
        const_iterator(pointer p = nullptr) : ptr(p) {}
        // 允许从非const迭代器隐式转换,这是为了让const MyVector::begin()返回const_iterator
        const_iterator(const iterator& other) : ptr(other.operator->()) {}

        reference operator*() const { return *ptr; }
        pointer operator->() const { return ptr; }

        const_iterator& operator++() { ++ptr; return *this; }
        const_iterator operator++(int) { const_iterator temp = *this; ++ptr; return temp; }
        const_iterator& operator--() { --ptr; return *this; }
        const_iterator operator--(int) { const_iterator temp = *this; --ptr; return temp; }

        const_iterator operator+(difference_type n) const { return const_iterator(ptr + n); }
        const_iterator operator-(difference_type n) const { return const_iterator(ptr - n); }
        difference_type operator-(const const_iterator& other) const { return ptr - other.ptr; }

        const_iterator& operator+=(difference_type n) { ptr += n; return *this; }
        const_iterator& operator-=(difference_type
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以上就是C++如何实现类的迭代器接口的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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