迭代器如何在 C++ 内部工作？答案

【问题标题】：How does an iterator works internally in C++?迭代器如何在 C++ 内部工作？
【发布时间】：2020-06-13 22:57:40
【问题描述】：

我无法理解迭代器在 C++ 中是如何工作的。正如我在一些博客中读到的，迭代器不包含地址。如果它不包含地址，那么我们如何准确地增加它，例如 it++ 或 ++it。

让我们举一个向量迭代器的例子。

vector<int> ::iterator it;
for(it=vec.begin(); it!=vec.end(); it++)
{
    // do something
}

如果迭代器不是包含地址的指针，那么它++到底在做什么。它在存储什么。它是如何在内部工作的。迭代器如何准确指向向量的元素？

【问题讨论】：

你似乎没有代码问题，而是一些关于 C++ 的通用问题。
你知道什么是运算符重载吗？
"如果迭代器不是包含地址的指针"，从技术上讲，指针对于std::vector 来说是非常有效的迭代器（并且可能在大多数 C++ 标准库中使用实现），但它也可以是为此而设计的类。
@Yksisarvinen 我不认为任何主要的标准库实现都使用 std::vector 迭代器 (godbolt.org/z/t5NhEp) 的指针。
@pujadeo 如上所述，一个简单的指针对于std::vector 迭代器也是有效的，但我假设大多数实现都会向迭代器类添加可选的越界检查等。对于其他容器，例如std::list，指针是不够的，因为元素不是连续存储的，因此运算符重载的类例如找到正确的下一个元素是必要的。迭代器概念是指针概念的推广。

标签： c++ c++11 vector stl iterator

【解决方案1】：

如果我们不能假设迭代器是指针，这并不意味着迭代器不能在内部依赖指针。
迭代器可以被认为是指针的隐喻（我们可以增量，取消引用...），然后在某些情况下（数组，向量）这个迭代器可以简单地由指向元素的指针组成（不一定完全是 this 指针，而是一个以这样的指针作为数据成员的结构）。

主要优点是所有细节都隐藏在这个隐喻中在微不足道的情况下（如以下示例中的向量），它的行为就像我们实际上使用了指针一样，但在其他情况下（比如列表在下面的示例中）它可能会做一些非常不同的事情。
我们不必为此烦恼，我们只需以相同的方式编写代码，我们甚至可以编写相应行为的通用代码。

请注意，以下示例中迭代器的显式用法是让这里匹配您最初的问题；最好依靠实际代码中的 range-for 循环。

/**
  g++ -std=c++17 -o prog_cpp prog_cpp.cpp \
      -pedantic -Wall -Wextra -Wconversion -Wno-sign-conversion \
      -g -O0 -UNDEBUG -fsanitize=address,undefined
**/

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>

template<typename T>
void
display(const char *title,
        const T &container)
{
  using std::cbegin;
  using std::cend;
  std::cout << title;
  for(auto it=cbegin(container); it!=cend(container); ++it) // range-for would be better
  {
    std::cout << ' ' << *it;
  }
  std::cout << '\n';
}

int
main()
{
  const auto v=std::vector<int>{10, 20, 30, 40, 50};
  const auto l=std::list<int>{10, 20, 30, 40, 50};
  //
  std::cout << "specific v:";
  for(auto it=cbegin(v); it!=cend(v); ++it) // range-for would be better
  {
    std::cout << ' ' << *it;
  }
  std::cout << '\n';
  //
  std::cout << "specific l:";
  for(auto it=cbegin(l); it!=cend(l); ++it) // range-for would be better
  {
    std::cout << ' ' << *it;
  }
  std::cout << '\n';
  //
  display("generic v:", v);
  display("generic l:", l);
  return 0;
}

【讨论】：