【C++】开始了解反向迭代器

简介: 这样我们就实现反向迭代器,大家可以在实际中继续体会。

送给大家一句话:

重要的东西眼睛是看不到的 — 《小王子》

反向迭代器

1 前言

在复刻STL中的list容器时,我们首次采用了类封装的方式来构建迭代器,以此实现迭代器的递增、递减和元素访问功能。然而,当我们面临实现反向迭代器的需求时,是否需要重头开始,再次进行类的封装呢?

显然这种做法并非必要(不然就要手搓无数个反向迭代器了)。因为反向迭代器与正向迭代器在功能上存在高度一致性,唯一的区别在于它们在容器中的移动方向相反。因此,我们可以采用适配器设计模式,对现有的正向迭代器进行二次封装,以此满足反向迭代器的需求。


通过引入适配器,我们不仅可以避免重复造轮子的工作,还能够提升代码的复用性和简洁性。这种设计模式的应用,使得我们能够在保持代码高效和可维护性的同时,轻松实现反向迭代器的功能。

2 反向迭代器

我们先来看源码中是如何实现的:

template <class RandomAccessIterator, class T, class Reference = T&,
          class Distance = ptrdiff_t> 
#else
template <class RandomAccessIterator, class T, class Reference,
          class Distance> 
#endif
class reverse_iterator {
  typedef reverse_iterator<RandomAccessIterator, T, Reference, Distance>
        self;
protected:
  RandomAccessIterator current;
public:
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef T                          value_type;
  typedef Distance                   difference_type;
  typedef T*                         pointer;
  typedef Reference                  reference;
 }

其想要通过提供的正向迭代器实现所有容器的反向迭代器。

这是链表中的反向迭代器:

  typedef reverse_bidirectional_iterator<const_iterator, value_type,
  const_reference, difference_type>
  const_reverse_iterator;
  typedef reverse_bidirectional_iterator<iterator, value_type, reference,
  difference_type>
  reverse_iterator; 

给链表的正向迭代器,就给出链表的反向迭代器。

接下来我们也来实现一下自己的反向迭代器:

3 复刻反向迭代器

通过对反向迭代器的设计模式的了解,我们可以大致写一个框架:

namespace bit
{
  // 适配器 -- 复用
  //给谁的正向迭代器就产生谁的正向迭代器
  template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
  struct Reverse_iterator
  {
    //简化书写
    typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
    //构造函数
    Reverse_iterator(Iterator it)
      :_it(it)
    {}
    //实例化一个正向迭代器
    Iterator _it;
  };
}

反向迭代器与正向迭代器在功能上相似,都用于遍历容器中的元素。然而,它们在操作方向上存在显著差异:

  • 正向迭代器通过++运算符向前移动,而反向迭代器则通过–运算符向后移动。

实现反向迭代器的基本方法是通过编写一个类模板,该模板会被编译器用来生成具体容器对应的迭代器实例。在这个过程中,编译器负责实例化这些迭代器,从而提供一种便捷的方式来反向遍历容器中的元素。

3.1 加减操作

根据反向迭代器的性质,我们可以借助正向迭代器的函数来实现反向迭代器的加减操作。

    Self& operator++()
    {
      --_it;
      return *this;
    }

    Self& operator++(int)
    {
      Self tmp = _it;
      --_it;
      return tmp;
    }
    //前置
    Self& operator--()
    {
      ++_it;
      return *this;
    }
    //后置
    Self& operator--(int)
    {
      Self tmp = _it;
      ++_it;
      return tmp;
    }

通过反向使用正向迭代器的加减操作,反向加就是正向减,反向减就是正向加。

3.2 判断操作

对于反向迭代器的== !=操作实质上也就是其封装的正向迭代器的比较:

    bool operator!=(const Self& s) 
    {
      return (_it != s._it);
    }

    bool operator==(const Self& s) 
    {
      return (_it != s._it);
    }

这样比较就可以了。

3.3 访问操作

这个访问操作是由说法的:


    Ref operator*()
    {
      Iterator tmp = _it;
      return  *(--tmp);//下面进行解释
    }
    //会进行省略->
    Ptr operator->()
    {
      return &(operator*());
    }

为什么这里的访问要有--操作???因为为了与正向迭代器对称,反向迭代器的开始位置并不是结尾,而是哨兵位。

下面这种可以直接使用已有的end() , begin()函数进行复用,增加代码可读性。所以对应的访问方式就要减一再访问。效果其实两种区别不大,但是第二种的代码更加简洁。

4 链表的反向迭代器

我们来在链表里实现一下反向迭代器(记得包含对应头文件):

首先先实例化两种反向迭代器:

typedef Reverse_iterator<iterator , T&, T*> reverse_iterator;
typedef Reverse_iterator<const_iterator , const T&, const T*> const_reverse_iterator;

接着通过相应的rend() rbegin()函数:

reverse_iterator rbegin()  { return reverse_iterator(_head); }
reverse_iterator rend()  { return reverse_iterator(_head->_next); }

const_reverse_iterator rbegin() const { return const_reverse_iterator(_head); }
const_reverse_iterator rend() const { return const_reverse_iterator(_head->_next); }

这样就可以访问了:

#include"List.h"
#include<iostream>

using namespace bit;
using namespace std;

int main()
{
  list<int> lt ;
  lt.push_back(1);
  lt.push_back(2);
  lt.push_back(3);
  lt.push_back(4);
  lt.push_back(5);
  list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();

  while (rit != lt.rend())
  {
    cout << (*rit) << " ";
    rit++;
  }

  return 0;
}

来看效果:

很好,成功访问!!!

这样我们就实现反向迭代器,大家可以在实际中继续体会。

Thanks♪(・ω・)ノ谢谢阅读!!!

下一篇文章见!!!

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