¿Cómo implementar correctamente iteradores personalizados y const_iterators?

Tengo una clase de contenedor personalizada para la que me gustaría escribir iteratoryconst_iterator clases .

Nunca hice esto antes y no pude encontrar un procedimiento apropiado. ¿Cuáles son las pautas con respecto a la creación de iteradores y qué debo tener en cuenta?

También me gustaría evitar la duplicación de código (siento que const_iteratoryiterator comparto muchas cosas; ¿debería una subclase a la otra?).

Nota al pie: estoy bastante seguro de que Boost tiene algo para aliviar esto, pero no puedo usarlo aquí, por muchas razones estúpidas.

• Elija el tipo de iterador que se ajuste a su contenedor: entrada, salida, reenvío, etc.
• Utilice las clases de iterador base de la biblioteca estándar. Por ejemplo, std::iteratorconrandom_access_iterator_tag . Estas clases base definen todas las definiciones de tipo requeridas por STL y hacen otro trabajo.

• Para evitar la duplicación de código, la clase de iterador debe ser una clase de plantilla y debe estar parametrizada por "tipo de valor", "tipo de puntero", "tipo de referencia" o todos ellos (depende de la implementación). Por ejemplo:

  // iterator class is parametrized by pointer type
  template <typename PointerType> class MyIterator {
      // iterator class definition goes here
  };
  
  typedef MyIterator<int*> iterator_type;
  typedef MyIterator<const int*> const_iterator_type;

  Aviso iterator_typey const_iterator_typedefiniciones de tipo: son tipos para sus iteradores no constantes y constantes.

Ver también: referencia de biblioteca estándar

EDITAR: std::iterator está en desuso desde C ++ 17. Vea una discusión relacionada aquí .

Voy a mostrarle cómo puede definir fácilmente iteradores para sus contenedores personalizados, pero en caso de que haya creado una biblioteca de c ++ 11 que le permita crear fácilmente iteradores personalizados con comportamiento personalizado para cualquier tipo de contenedor, contiguo o no contiguo

Puedes encontrarlo en Github

Estos son los pasos simples para crear y usar iteradores personalizados:

1. Crea tu clase de "iterador personalizado".
2. Defina typedefs en su clase de "contenedor personalizado".
   • p.ej typedef blRawIterator< Type > iterator;
   • p.ej typedef blRawIterator< const Type > const_iterator;
3. Definir las funciones "comenzar" y "finalizar"
   • p.ej iterator begin(){return iterator(&m_data[0]);};
   • p.ej const_iterator cbegin()const{return const_iterator(&m_data[0]);};
4. Ya hemos terminado!

Finalmente, al definir nuestras clases de iterador personalizadas:

NOTA: Al definir iteradores personalizados, derivamos de las categorías de iteradores estándar para que los algoritmos STL conozcan el tipo de iterador que hemos creado.

En este ejemplo, defino un iterador de acceso aleatorio y un iterador de acceso aleatorio inverso:

1. //-------------------------------------------------------------------
   // Raw iterator with random access
   //-------------------------------------------------------------------
   template<typename blDataType>
   class blRawIterator
   {
   public:
   
       using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;
       using value_type = blDataType;
       using difference_type = std::ptrdiff_t;
       using pointer = blDataType*;
       using reference = blDataType&;
   
   public:
   
       blRawIterator(blDataType* ptr = nullptr){m_ptr = ptr;}
       blRawIterator(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator) = default;
       ~blRawIterator(){}
   
       blRawIterator<blDataType>&                  operator=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator) = default;
       blRawIterator<blDataType>&                  operator=(blDataType* ptr){m_ptr = ptr;return (*this);}
   
       operator                                    bool()const
       {
           if(m_ptr)
               return true;
           else
               return false;
       }
   
       bool                                        operator==(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator)const{return (m_ptr == rawIterator.getConstPtr());}
       bool                                        operator!=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator)const{return (m_ptr != rawIterator.getConstPtr());}
   
       blRawIterator<blDataType>&                  operator+=(const difference_type& movement){m_ptr += movement;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator-=(const difference_type& movement){m_ptr -= movement;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator++(){++m_ptr;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>&                  operator--(){--m_ptr;return (*this);}
       blRawIterator<blDataType>                   operator++(int){auto temp(*this);++m_ptr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator--(int){auto temp(*this);--m_ptr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator+(const difference_type& movement){auto oldPtr = m_ptr;m_ptr+=movement;auto temp(*this);m_ptr = oldPtr;return temp;}
       blRawIterator<blDataType>                   operator-(const difference_type& movement){auto oldPtr = m_ptr;m_ptr-=movement;auto temp(*this);m_ptr = oldPtr;return temp;}
   
       difference_type                             operator-(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){return std::distance(rawIterator.getPtr(),this->getPtr());}
   
       blDataType&                                 operator*(){return *m_ptr;}
       const blDataType&                           operator*()const{return *m_ptr;}
       blDataType*                                 operator->(){return m_ptr;}
   
       blDataType*                                 getPtr()const{return m_ptr;}
       const blDataType*                           getConstPtr()const{return m_ptr;}
   
   protected:
   
       blDataType*                                 m_ptr;
   };
   //-------------------------------------------------------------------

2. //-------------------------------------------------------------------
   // Raw reverse iterator with random access
   //-------------------------------------------------------------------
   template<typename blDataType>
   class blRawReverseIterator : public blRawIterator<blDataType>
   {
   public:
   
       blRawReverseIterator(blDataType* ptr = nullptr):blRawIterator<blDataType>(ptr){}
       blRawReverseIterator(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){this->m_ptr = rawIterator.getPtr();}
       blRawReverseIterator(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator) = default;
       ~blRawReverseIterator(){}
   
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator) = default;
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(const blRawIterator<blDataType>& rawIterator){this->m_ptr = rawIterator.getPtr();return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator=(blDataType* ptr){this->setPtr(ptr);return (*this);}
   
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator+=(const difference_type& movement){this->m_ptr -= movement;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator-=(const difference_type& movement){this->m_ptr += movement;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator++(){--this->m_ptr;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>&           operator--(){++this->m_ptr;return (*this);}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator++(int){auto temp(*this);--this->m_ptr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator--(int){auto temp(*this);++this->m_ptr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator+(const int& movement){auto oldPtr = this->m_ptr;this->m_ptr-=movement;auto temp(*this);this->m_ptr = oldPtr;return temp;}
       blRawReverseIterator<blDataType>            operator-(const int& movement){auto oldPtr = this->m_ptr;this->m_ptr+=movement;auto temp(*this);this->m_ptr = oldPtr;return temp;}
   
       difference_type                             operator-(const blRawReverseIterator<blDataType>& rawReverseIterator){return std::distance(this->getPtr(),rawReverseIterator.getPtr());}
   
       blRawIterator<blDataType>                   base(){blRawIterator<blDataType> forwardIterator(this->m_ptr); ++forwardIterator; return forwardIterator;}
   };
   //-------------------------------------------------------------------

Ahora en algún lugar de su clase de contenedor personalizado:

template<typename blDataType>
class blCustomContainer
{
public: // The typedefs

    typedef blRawIterator<blDataType>              iterator;
    typedef blRawIterator<const blDataType>        const_iterator;

    typedef blRawReverseIterator<blDataType>       reverse_iterator;
    typedef blRawReverseIterator<const blDataType> const_reverse_iterator;

                            .
                            .
                            .

public:  // The begin/end functions

    iterator                                       begin(){return iterator(&m_data[0]);}
    iterator                                       end(){return iterator(&m_data[m_size]);}

    const_iterator                                 cbegin(){return const_iterator(&m_data[0]);}
    const_iterator                                 cend(){return const_iterator(&m_data[m_size]);}

    reverse_iterator                               rbegin(){return reverse_iterator(&m_data[m_size - 1]);}
    reverse_iterator                               rend(){return reverse_iterator(&m_data[-1]);}

    const_reverse_iterator                         crbegin(){return const_reverse_iterator(&m_data[m_size - 1]);}
    const_reverse_iterator                         crend(){return const_reverse_iterator(&m_data[-1]);}

                            .
                            .
                            .
    // This is the pointer to the
    // beginning of the data
    // This allows the container
    // to either "view" data owned
    // by other containers or to
    // own its own data
    // You would implement a "create"
    // method for owning the data
    // and a "wrap" method for viewing
    // data owned by other containers

    blDataType*                                    m_data;
};

A menudo olvidan que iteratordeben convertirse const_iteratorpero no al revés. Aquí hay una manera de hacer eso:

template<class T, class Tag = void>
class IntrusiveSlistIterator
   : public std::iterator<std::forward_iterator_tag, T>
{
    typedef SlistNode<Tag> Node;
    Node* node_;

public:
    IntrusiveSlistIterator(Node* node);

    T& operator*() const;
    T* operator->() const;

    IntrusiveSlistIterator& operator++();
    IntrusiveSlistIterator operator++(int);

    friend bool operator==(IntrusiveSlistIterator a, IntrusiveSlistIterator b);
    friend bool operator!=(IntrusiveSlistIterator a, IntrusiveSlistIterator b);

    // one way conversion: iterator -> const_iterator
    operator IntrusiveSlistIterator<T const, Tag>() const;
};

En el aviso anterior, cómo se IntrusiveSlistIterator<T>convierte a IntrusiveSlistIterator<T const>. Si Tya es así, constesta conversión nunca se usa.

Boost tiene algo para ayudar: la biblioteca Boost.Iterator.

Más precisamente esta página: boost :: iterator_adaptor .

Lo que es muy interesante es el Ejemplo de tutorial que muestra una implementación completa, desde cero, para un tipo personalizado.

template <class Value>
class node_iter
  : public boost::iterator_adaptor<
        node_iter<Value>                // Derived
      , Value*                          // Base
      , boost::use_default              // Value
      , boost::forward_traversal_tag    // CategoryOrTraversal
    >
{
 private:
    struct enabler {};  // a private type avoids misuse

 public:
    node_iter()
      : node_iter::iterator_adaptor_(0) {}

    explicit node_iter(Value* p)
      : node_iter::iterator_adaptor_(p) {}

    // iterator convertible to const_iterator, not vice-versa
    template <class OtherValue>
    node_iter(
        node_iter<OtherValue> const& other
      , typename boost::enable_if<
            boost::is_convertible<OtherValue*,Value*>
          , enabler
        >::type = enabler()
    )
      : node_iter::iterator_adaptor_(other.base()) {}

 private:
    friend class boost::iterator_core_access;
    void increment() { this->base_reference() = this->base()->next(); }
};

El punto principal, como ya se ha citado, es utilizar una implementación de plantilla única y typedefesta.

No sé si Boost tiene algo que pueda ayudar.

Mi patrón preferido es simple: tome un argumento de plantilla que sea igual a value_type, calificado o no const. Si es necesario, también un tipo de nodo. Entonces, bueno, todo se acomoda.

Solo recuerde parametrizar (template-ize) todo lo que debe ser, incluido el constructor de copia y operator==. En su mayor parte, la semántica de constcreará un comportamiento correcto.

template< class ValueType, class NodeType >
struct my_iterator
 : std::iterator< std::bidirectional_iterator_tag, T > {
    ValueType &operator*() { return cur->payload; }

    template< class VT2, class NT2 >
    friend bool operator==
        ( my_iterator const &lhs, my_iterator< VT2, NT2 > const &rhs );

    // etc.

private:
    NodeType *cur;

    friend class my_container;
    my_iterator( NodeType * ); // private constructor for begin, end
};

typedef my_iterator< T, my_node< T > > iterator;
typedef my_iterator< T const, my_node< T > const > const_iterator;

Hay muchas buenas respuestas, pero creé un encabezado de plantilla que uso que es bastante conciso y fácil de usar.

Para agregar un iterador a su clase, solo es necesario escribir una clase pequeña para representar el estado del iterador con 7 funciones pequeñas, de las cuales 2 son opcionales:

#include <iostream>
#include <vector>
#include "iterator_tpl.h"

struct myClass {
  std::vector<float> vec;

  // Add some sane typedefs for STL compliance:
  STL_TYPEDEFS(float);

  struct it_state {
    int pos;
    inline void begin(const myClass* ref) { pos = 0; }
    inline void next(const myClass* ref) { ++pos; }
    inline void end(const myClass* ref) { pos = ref->vec.size(); }
    inline float& get(myClass* ref) { return ref->vec[pos]; }
    inline bool cmp(const it_state& s) const { return pos != s.pos; }

    // Optional to allow operator--() and reverse iterators:
    inline void prev(const myClass* ref) { --pos; }
    // Optional to allow `const_iterator`:
    inline const float& get(const myClass* ref) const { return ref->vec[pos]; }
  };
  // Declare typedef ... iterator;, begin() and end() functions:
  SETUP_ITERATORS(myClass, float&, it_state);
  // Declare typedef ... reverse_iterator;, rbegin() and rend() functions:
  SETUP_REVERSE_ITERATORS(myClass, float&, it_state);
};

Entonces puede usarlo como esperaría de un iterador STL:

int main() {
  myClass c1;
  c1.vec.push_back(1.0);
  c1.vec.push_back(2.0);
  c1.vec.push_back(3.0);

  std::cout << "iterator:" << std::endl;
  for (float& val : c1) {
    std::cout << val << " "; // 1.0 2.0 3.0
  }

  std::cout << "reverse iterator:" << std::endl;
  for (auto it = c1.rbegin(); it != c1.rend(); ++it) {
    std::cout << *it << " "; // 3.0 2.0 1.0
  }
}

Espero que ayude.