C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов

Это красивое и короткое выражение, названное «основанный на диапазоне цикл for», существует еще со времен С++11. Оно представляет собой лишь синтаксический сахар, который развертывается в нечто похожее на следующий код:

{

  auto &&  range = array_or_vector_or_map_or_list;

  auto  begin = std::begin( range);

  auto  end = std::end( range);

  for ( ;  begin !=  end; ++ begin) {

    int i = * begin;

    sum += i;

  }

}

Такие циклы хорошо знакомы всем, кто уже работал с итераторами, но кажутся черной магией для тех, кто еще этого не делал. Представьте, что наш вектор, содержащий целые числа, выглядит следующим образом (рис. 3.1).

Команда std::begin(vector) аналогична команде vector.begin(), она возвращает итератор, который указывает на первый элемент (1). Команда std::end(vector) аналогична команде vector.end(), она возвращает итератор, указывающий на элемент, стоящий за последним элементом (5).

На каждой итерации цикл проверяет, равен ли начальный итератор конечному. Если это не так, то мы разыменовываем начальный итератор и получаем доступ к числовому значению, на которое он указывает. Далее выполняем операцию инкремента для итератора, повторяем сравнение с конечным итератором и т.д. В этот момент полезно прочесть код цикла снова, представляя, что итераторы — обычные указатели, взятые из языка С. Фактически такие указатели тоже являются итераторами.

Категории итераторов

Существует несколько категорий итераторов, каждая из которых имеет разные ограничения. Их несложно запомнить, однако имейте в виду: возможности, требуемые одной категорией, унаследованы из другой, более мощной. Вся суть категорий итераторов заключается в том, что если при реализации алгоритма вы знаете, с каким именно итератором будете работать, то сможете реализовать оптимизированную версию. Таким образом, программисту достаточно просто выразить свое намерение, а компилятор выберет оптимальную реализацию для поставленной задачи.

Рассмотрим их в правильном порядке (рис. 3.2).

Итераторы ввода

Могут быть разыменованы только для того, чтобы прочесть значение, на которое указывают. При их инкрементировании последнее значение, на которое они указывают, становится недействительным во время данной операции, а значит, вы не можете итерировать по такому диапазону данных несколько раз. Примером итератора этой категории является std::istream_iterator.

Однонаправленные итераторы

Аналогичны итераторам ввода, но отличаются тем, что по диапазонам данных, которые они представляют, вы можете проитерировать несколько раз. В качестве примера такого итератора приведем std::forward_list. По такому списку можно проитерировать только вперед, но не назад, однако это можно сделать требуемое количество раз.

Двунаправленные итераторы

Как следует из названия, их можно инкрементировать и декрементировать, что позволяет итерировать вперед и назад. Эту возможность, например, поддерживают итераторы для контейнеров std::list, std::set и std::map.

Итераторы с произвольным доступом

Позволяют перескакивать через несколько значений сразу вместо того, чтобы двигаться пошагово. Примером таких итераторов являются итераторы для контейнеров std::vector и std::deque.

Непрерывные итераторы

Соответствуют всем указанным выше требованиям, но при этом необходимо, чтобы данные, по которым выполняется итерирование, находились в непрерывной памяти, как, например, в массиве std::vector.

Итераторы вывода

Вынесены в отдельную категорию. Причина такова: итератор может быть чистым итератором вывода, который можно только инкрементировать и использовать для записи данных в указываемое им место. При выполнении операции чтения значение будет неопределенным.

Изменяемые итераторы

Если итератор является итератором вывода, а также состоит в какой-то другой категории, то называется изменяемым. С его помощью можно считывать и записывать данные. При получении из неконстантного экземпляра контейнера итератор, как правило, будет состоять именно в этой категории. 

Создаем собственный итерабельный диапазон данных

 Мы уже знаем, что итераторы в некоторой степени представляют собой стандартный интерфейс для выполнения перебора во всех видах контейнеров. Нужно только реализовать оператор префиксного инкремента ++, оператор разыменования * и оператор сравнения объектов ==, и получится примитивный итератор, подходящий для работы с циклом for, основанным на диапазоне, который появился в C++11.