Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

За одним исключением контейнерные итераторы поддерживают все функции, перечисленные в табл. 3.6. Исключение в том, что итераторы контейнера forward_list не поддерживают оператор декремента (--). Операторы арифметических действий с итераторами, перечисленными в табл. 3.7, применимы только к итераторам контейнеров string, vector, deque и array. К итераторам контейнеров любых других типов эти операторы неприменимы.

Диапазоны итераторов

Концепция диапазона итераторов фундаментальна для стандартной библиотеки.

Диапазон итераторов (iterator range) обозначается парой итераторов, каждый из которых указывает на элемент или на следующий элемент после последнего в том же контейнере. Эти два итератора, обозначающие диапазон элементов контейнера, зачастую называют begin и end или, что несколько обманчиво, first и last.

Хоть имя last и общепринято, оно немного вводит в заблуждение, поскольку второй итератор никогда не указывает на последний элемент диапазона. Вместо этого он указывает на позицию следующего элемента после последнего. Диапазон включает элемент, обозначенный итератором first, и все элементы от него до обозначенного итератором last, но не включая его.

Такой диапазон элементов называется интервал, включающий левый элемент (left-inclusive interval). Вот стандартная математическая форма записи такого диапазона:

[ begin, end )

Это указывает, что диапазон начинается с элемента, обозначенного итератором begin, и заканчивается элементом перед тем, который обозначен итератором end. Итераторы begin и end должны относиться к тому же контейнеру. Итератор end может быть равен итератору begin, но не должен указывать на элемент перед обозначенным итератором begin.

Требования к итераторам, формирующим диапазон

Два итератора, begin и end, позволяют задать диапазон при следующих условиях.

• Итераторы относятся к существующим элементам или к следующему элементу за концом того же контейнера.

• Элемент end достижим благодаря последовательному приращению итератора begin. Другими словами, итератор end не должен предшествовать итератору begin.

Компилятор не может сам соблюдать эти требования. Позаботиться об этом придется разработчику.

Смысл использования диапазонов, включающих левый элемент

Библиотека использует диапазоны, включающие левый элемент, потому, что они обладают двумя очень полезными качествами (напомним, что допустимый диапазон обозначают итераторы begin и end).

• Если итератор begin равен итератору end, то диапазон пуст.

• Если итератор begin не равен итератору end, в диапазоне содержится по крайней мере один элемент и итератор begin указывает на первый из них.

• Можно осуществлять инкремент итератора begin до тех пор, пока он не станет равен итератору end (т.е. begin == end).

Благодаря этим качествам можно создавать вполне безопасные циклы обработки диапазона элементов, например, такие:

while (begin != end) {

 *begin = val; // ok: диапазон не пуст, begin обозначает элемент

 ++begin;      // переместить итератор и получить следующий элемент

}

Если итераторы begin и end задают допустимый диапазон элементов, выполнение условия begin == end означает, что диапазон пуст. В данном случае это условие выхода из цикла. Если диапазон не пуст, значит, итератор begin указывает на элемент в этом не пустом диапазоне. Вполне очевидно, что в теле цикла while можно безопасно обращаться к значению итератора begin, поскольку оно гарантировано существует. И наконец, поскольку инкремент итератора begin осуществляется в теле цикла, последний гарантированно будет конечным.

Упражнения раздела 9.2.1

Упражнение 9.3. Каким условиям должны удовлетворять итераторы, обозначающие диапазон?

Упражнение 9.4. Напишите функцию, которая получает два итератора вектора vector<int> и значение типа int. Организуйте поиск этого значения в диапазоне и возвратите логическое значение (тип bool), указывающее, что значение найдено.

Упражнение 9.5. Перепишите предыдущую программу так, чтобы она возвращала итератор на найденный элемент. Функция должна учитывать случай, когда элемент не найден.

Упражнение 9.6. Что не так со следующей программой? Как ее можно исправить?

list<int> lst1;

list<int>::iterator iter1 = lst1.begin(),

iter2 = lst1.end();

while (iter1 < iter2) /* ... */

9.2.2. Типы-члены классов контейнеров

Класс каждого контейнера определяет несколько типов, представленных в табл. 9.2. Три из них уже использовались: size_type (см. раздел 3.2.2), iterator и const_iterator (см. раздел 3.4.1).

Кроме итераторов уже использовавшихся типов, большинство контейнеров предоставляет реверсивные итераторы (reverse_iterator). Другими словами, реверсивный итератор — это итератор, перебирающий контейнер назад и инвертирующий значение его операторов. Например, оператор ++ возвращает реверсивный итератор к предыдущему элементу. Более подробная информация о реверсивных итераторах приведена в разделе 10.4.3.

Остальные псевдонимы типов позволяют использовать тип хранящихся в контейнере элементов, даже не зная его конкретно. Если необходим тип элемента, используется тип value_type контейнера. Если необходима ссылка на этот тип, используется член reference или const_reference. Эти связанные с элементами псевдонимы типов весьма полезны в обобщенном программировании, которое рассматривается в главе 16.

Чтобы использовать один из этих типов, следует указать класс, членами которого они являются

// iter имеет тип iterator, определенный классом list<string>

list<string>::iterator iter;

// count имеет тип difference_type, определенный классом vector<int>

vector<int>::difference_type count;

В этих объявлениях оператор области видимости (см. раздел 1.2) позволяет указать, что используется тип-член iterator класса list<string> и тип-член difference_type, определенный классом vector<int>, соответственно.

Упражнения раздела 9.2.2

Упражнение 9.7. Какой тип следует использовать в качестве индекса для вектора целых чисел?

Упражнение 9.8. Какой тип следует использовать для чтения элементов в списке строк?

9.2.3. Функции-члены begin() и end()

Функции-члены begin() и end() (см. раздел 3.4.1) возвращают итераторы на первый и следующий после последнего элементы контейнера соответственно. Эти итераторы, как правило, используют при создании диапазона итераторов, охватывающего все элементы контейнера.

Как показано в табл. 9.2, есть несколько версий этих функций: имена которых начинаются с буквы r возвращают реверсивные итераторы (рассматриваются в разделе 10.4.3), а с буквы c — возвращают константную версию соответствующего итератора:

list<string> a = {"Milton", "Shakespeare", "Austen"};

auto it1 = a.begin();  // list<string>::iterator

auto it2 = a.rbegin(); // list<string>::reverse_iterator

auto it3 = a.cbegin(); // list<string>::const_iterator

auto it4 = a.crbegin();// list<string>::const_reverse_iterator

Функции, имена которых не начинаются с буквы c, перегружены. Таким образом, фактически есть две функции-члена begin(). Одна является константной (см. раздел 7.1.2) и возвращает тип const_iterator контейнера. Вторая не константна и возвращает тип iterator контейнера. Аналогично для функций rbegin(), end() и rend(). При вызове такой функции-члена для неконстантного объекта используется версия, возвращающая тип iterator. Константная версия итераторов будет получена только при вызове этих функций для константного объекта. Подобно указателям и ссылкам на константу, итератор типа iterator можно преобразовать в соответствующий итератор типа const_iterator, но не наоборот.

Версии этих функций, имена которых не начинаются с буквы с, были введены согласно новому стандарту для обеспечения использования ключевого слова auto с функциями begin() и end() (см. раздел 2.5.2). Прежде не было никакого иного выхода, кроме как явно указать необходимый тип итератора:

// тип указан явно

list<string>::iterator it5 = a.begin();