C++ 标准库 iterator
下面对 C++ 标准库中 <iterator> 头文件所提供的工具和类型做一个系统、详细的梳理与讲解，内容包含迭代器分类、迭代器_traits、常用迭代器操作、迭代器适配器、流迭代器等，并配以使用示例和复杂度说明。
一、概述
<iterator>提供了对迭代器进行分类标记、特性萃取（traits）、基础操作函数和若干通用适配器。- 迭代器（Iterator）是 STL 容器和算法间的桥梁，分为输入、输出、前向、双向、随机访问（以及 C++17 起的连续）等类别。
- 通过迭代器适配器，可将普通指针或其他类型“包装”成符合特定接口的迭代器，如插入迭代器、反向迭代器、移动迭代器等。
二、迭代器类别（Iterator Categories）
| 类别 | 特性 | 示例类型 |
|---|---|---|
| 输入迭代器 | 只读，对应单次遍历；支持 *it, ++it | std::istream_iterator<T> |
| 输出迭代器 | 只写，只能递增一次；支持 *it = v, ++it | std::ostream_iterator<T> |
| 前向迭代器 | 可多次遍历；兼具输入/输出迭代器功能；支持比较 ==, != | std::forward_list<T>::iterator |
| 双向迭代器 | 在前向迭代器基础上支持 --it | std::list<T>::iterator |
| 随机访问迭代器 | 在双向迭代器基础上支持跳跃访问：it + n, it[n], 比较 < | std::vector<T>::iterator |
| 连续迭代器（C++17） | 随机访问迭代器 + 保证元素在内存中连续 | 原生指针 T* |
三、std::iterator_traits
- 目的：统一取得任意迭代器的五大成员类型
template<typename Iterator> struct iterator_traits { using difference_type = typename Iterator::difference_type; using value_type = typename Iterator::value_type; using pointer = typename Iterator::pointer; using reference = typename Iterator::reference; using iterator_category = typename Iterator::iterator_category; }; - 对原生指针也有特化：
template<typename T> struct iterator_traits<T*> { using difference_type = ptrdiff_t; using value_type = T; using pointer = T*; using reference = T&; using iterator_category = std::random_access_iterator_tag; };
四、常用迭代器操作函数
这些函数都定义在 <iterator> 中，适用于任意符合相应类别的迭代器。
| 函数 | 功能 | 复杂度 |
|---|---|---|
std::advance(it, n) | 将迭代器前进（或后退）n 步 | 输入/前向/双向：O(n)；随机访问：O(1) |
std::distance(a, b) | 计算两个迭代器之间的距离 | 同上 |
std::next(it, n) | 返回前进 n 步后的新迭代器（不修改原迭代器） | 同上 |
std::prev(it, n) | 返回后退 n 步后的新迭代器（不修改原迭代器） | 同上 |
std::begin(c) / std::end(c) | 获取容器或原生数组的开始/结束迭代器 | O(1) |
std::cbegin(c) / std::cend(c) | 返回 const 迭代器 | O(1) |
示例：使用 advance 与 distance
#include <iterator>
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> v{10,20,30,40,50};
auto it = std::begin(v);
// 跳过两步
std::advance(it, 2);
std::cout << *it << "\n"; // 输出 30
// 计算 it 到 end 的距离
auto dist = std::distance(it, std::end(v));
std::cout << dist << "\n"; // 输出 3
}
五、迭代器适配器（Iterator Adapters）
1. 反向迭代器 std::reverse_iterator
- 将任意双向或随机访问迭代器反转方向。
- 常用与反向遍历容器：
for (auto it = v.rbegin(); it != v.rend(); ++it) { // *it 从尾到头访问 } std::make_reverse_iterator(it)（C++14 起）可方便创建。
2. 插入迭代器（Insertion Iterators）
std::back_inserter(c)→back_insert_iterator，调用c.push_back(x)std::front_inserter(c)→front_insert_iterator，调用c.push_front(x)std::inserter(c, it)→insert_iterator，调用c.insert(it, x)
可与算法配合，避免手动 push_back/insert：
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <vector>
#include <list>
int main() {
std::vector<int> src{1,2,3};
std::list<int> dst;
// 将 src 的元素复制到 dst 末尾
std::copy(src.begin(), src.end(), std::back_inserter(dst));
}
六、流迭代器（Stream Iterators）
| 类型 | 功能 |
|---|---|
std::istream_iterator<T> | 从 std::istream 读取 T，遇流尾构造为 end 迭代器 |
std::istreambuf_iterator<char> | 不跳过空白，逐字符读取 |
std::ostream_iterator<T> | 向 std::ostream 输出 T，可指定分隔符 |
std::ostreambuf_iterator<char> | 逐字符写出 |
#include <iterator>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
// 从 cin 读入整数，直到 EOF
std::vector<int> v{ std::istream_iterator<int>(std::cin),
std::istream_iterator<int>() };
// 将 v 输出到 cout，每个元素后跟空格
std::copy(v.begin(), v.end(),
std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));
}
七、移动迭代器（Move Iterator）
std::move_iterator<It>令解引用得到右值引用，配合算法可避免不必要的拷贝：std::vector<std::string> src = /*…*/; std::vector<std::string> dst; std::copy(std::make_move_iterator(src.begin()), std::make_move_iterator(src.end()), std::back_inserter(dst)); // src 的元素已被“移出”，dst 获得原有内容
八、实践建议
- 选择合适的迭代器类别
- 仅需单次扫描输入流时，用输入迭代器；需在容器中任意位置高速访问时，用随机访问迭代器（如
vector、原生指针）。
- 仅需单次扫描输入流时，用输入迭代器；需在容器中任意位置高速访问时，用随机访问迭代器（如
- 优先使用标准操作函数
std::advance/std::distance可屏蔽类别差异；std::begin/std::end支持原生数组和自定义容器。
- 善用插入迭代器
- 可将算法输出直接写入容器，无需手动管理下标或
push_back。
- 可将算法输出直接写入容器，无需手动管理下标或
- 注意流迭代器的开销
- 适合一次性、批量读写；但对格式和性能要求高时，手动循环更可控。
通过对 <iterator> 中迭代器类别、traits、操作函数与适配器的全面梳理，能帮助你在日常开发与算法编写时快速选型并写出高效、可读性强的代码。祝学习愉快！