iterator_traits实现

Posted 2020-12-25 zzz-y

C++中，迭代器的类型有五个，关系为：

input_iterator_tag 对应 输入迭代器：只读。

output_iterator_tag 对应 输出迭代器：只写。

forward_iterator_tag 对应 向前迭代器 ：只能一步一步前进。

bidirectional_iterator_tag 对应 双向迭代器 ： 可以前进或后退，但只能一步步来。

random_access_iterator_tag 对应 随机访问迭代器 ：可以在常数时间内任意移动。

 

iterator的定义为，包含了迭代器类别、指向的对象型别、迭代器距离，指针和引用的类型

template<class Category, class T, class Distance = ptrdiff_t,
        class Pointer = T*, class Reference = T&>
struct iterator {
    typedef Category iterator_category; //1
    typedef T value_type;               //2
    typedef Distance difference_type;   //3
    typedef Pointer pointer;            //4
    typedef Reference reference;        //5
};

 

对于迭代器的操作，常见的有求迭代器的距离，移动迭代器等。

但是迭代器有不通类别：

对于forward_iterator_tag 和 bidirectional_iterator_tag，这两类迭代器在空间上不连续，所以必须一步一步地移动

而其中 bidirectional_iterator_tag 支持双向移动，forward_iterator_tag 仅仅支持向前移动

可是对于 random_access_iterator_tag，这类迭代器在空间上是连续的，所以可以在常数时间内完成移动

 

所以针对不同类型的迭代器，我们要实现以 iterator_category 为区别的不同类型的 distance 函数和 advance 函数，也就是根据 iterator_category 进行函数重载。

因此，我们必须实现对 iterator_category 进行型别推导。

一般类型的 iterator ，其结构定义中带有 iterator_category 属性，要提取并不是难事。

但是对于原生指针，并没有任何结构定义。如果我们希望通过同样的接口操作原生指针，就要给它一个 iterator_category

这就是iterator_traits

//对于一般的iterator
template<class Iterator>
struct iterator_traits {
    typedef typename Iterator::iterator_category iterator_category; //iterator属性1：类别
    typedef typename Iterator::value_type value_type;               //iterator属性2：指向的对象型别
    typedef typename Iterator::difference_type difference_type;     //iterator属性3：迭代器距离
    typedef typename Iterator::pointer pointer;                     //iterator属性4：指针
    typedef typename Iterator::reference reference;                 //iterator属性5：引用
};
//我们把iterator中的属性，对应地赋予iterator_traits

//对于原生指针
template<class T>
struct iterator_traits<T*> {
    typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
    typedef T value_type;
    typedef ptrdiff_t difference_type;
    typedef T* pointer;
    typedef T& reference;
};
//我们手动赋予其iterator_traits属性

上面针对原生指针的版本，就是 iterator_traits 的偏特化实现。

同样的，针对const类型的原生指针，我们不能抹掉const属性。所以也为它实现一个版本

template<class T>
struct iterator_traits<const T*> {
    typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
    typedef T value_type;
    typedef ptrdiff_t difference_type;
    typedef const T* pointer;
    typedef const T& reference;
};
//其中point和reference被定义成const

 

通过 iterator_traits，针对任意类型的 iterator， 我们都可以通过一样的接口获得其属性。这样就为以迭代器型别为参数 distance 函数和 advance 函数的重载打下基础。

 

iterator_traits的完整实现以及注释：https://github.com/Zzzy14/MyDataStructure/tree/master/MyIterator

 

参考资料：

1、侯捷 《STL源码剖析》

2、Scott Meyers 《Effective C++：改善程序与设计的55个具体做法》