窺探迭代器（iterator）的真相

在前面的文章中，我們曾自訂了一個迭代器類line_iterator，不過它並不具有通用性。現在藉助於模板，我們來定義一個模板化的迭代器。仍然延續線性尋找的思路，首先將SimpleFind()函數改寫成函數模板tFind()，代碼如下所示：

template<typename T>T* tFind(T* start, T* end, T val){    while(start != end && *start != val)        ++start;    return *start == val ? start : (T*)0;}

然而，tFind()只能接受內建指標類型，通用性仍然受限。為了擴充tFind()的適用範圍，進一步將tFind()改寫為：

template<typename Iterator, typename T>Iterator tFind(Iterator start, Iterator end, const T& val){    while(start != end && *start != val)        ++start;    return start != end ? start : (Iterator)0;}

在tFind()函數模板中，除資料類型T之外，我們還引入了一個Iterator類型。當然Iterator是支援T*的，但它的範圍遠比內建指標來的廣泛。實際上，只要Iterator能夠支援tFind()內部調用的operator!=，operator++等操作符方法就成。之前我們自訂的line_iterator不就是這樣做的嗎？(如果你不知道line_iterator，建議你先大致看看之前的那篇文章)

現在，提出一個新的要求：對一個單鏈表資料結構對象進行線性尋找。我們知道，單鏈表中的各個節點是利用next指標來串聯的，因此對鏈表上某節點node的指標做++操作時，不能簡單的指標加1，而是this->next。如何?這樣的行為？操作符重載正符合我們的要求。

但是，我們卻不能對內建指標node*類型重載operator++，因為那樣做將會改變operator++的語義，C++也不會允許你那樣做。但如果我們將operator++放入自訂class中，成為成員函數的角色，那就沒有什麼特別限制了。也就是說，我們可以對class的成員操作符operator++進行重載。而這裡所說的class，其實就是iterator class。

好，下面就來實現上述想法。首先實現單鏈表，比較容易，只要定義好節點的struct並在I/O操作時按鏈表方式來實現：

// list: roll_listtypedef struct Student{    int num;    char name[10];    bool check;    struct Student* next;}Student,*roll_list;

我們定義一個學生結構體(Student)，其中包含學號、姓名、是否簽到三個資料域，另外還有一個next指標，指向單鏈表的下一個節點。同時又將Student*類型重新命名為roll_list，表示點名單。

在主函數中，對鏈表的操作大概是這樣的：（不要迷惑這些代碼擺放次序，我會在文章的末尾給出完整的範例程式碼）

    int num;    char ch;    roll_list tmp = NULL;    while(cin>>num && num != 0)    {        Student* pStu = new Student;        pStu->num = num;cin.get(ch);        cin.getline(pStu->name,sizeof(pStu->name));        pStu->check = false;                pStu->next = tmp;        tmp = pStu;    }

點名單的tmp是頭指標，如果一個學生都沒有，則tmp = NULL。在輸入學生資料時，採用了頭插入法。此外，判斷輸入結束的標誌是輸入的學號為0時。

這樣我們就成功構建了單鏈表，正如前面所說，直接調用tFind(tmp,null,n)肯定不行，因為tFind()內部要對指標做++操作，而預設的指標後移在這裡行不通。接下來，就來看看迭代器是怎樣力挽狂瀾的。其實如果你比較熟悉智能指標，你會發現迭代器的思想與智能指標太神似，都是對內建指標的封裝，然後實現必要的介面，讓使用者誤以為它就是內建指標。如果你看過設計模式，大概知道這就是代理模式。言歸正傳，我們來定義這個迭代器：

// list_iteratortemplate<typename T>class list_iterator{    T* m_ptr;public:    list_iterator():m_ptr(NULL){}    list_iterator(T* ptr):m_ptr(ptr){}    T& operator*()const    {        return *m_ptr;    }    T* operator->()const    {        return m_ptr;    }    bool operator==(const list_iterator& rhs)    {        return m_ptr == rhs.m_ptr;    }    bool operator!=(const list_iterator& rhs)    {        return !(m_ptr == rhs.m_ptr);    }    list_iterator& operator++()    {        m_ptr = m_ptr->next;        return *this;    }    list_iterator operator++(int)    {        list_iterator tmp = *this;        m_ptr = m_ptr->next;        return tmp;    }};

這裡將list_iterator寫成了模板形式，如此一來，它不僅僅支援例子中的Student鏈表，還支援任何其它含有next指標的鏈表，從而提高了代碼的通用性。前面說到了，list_iterator是對內建指標T* m_ptr的封裝，外界使用list_iterator就好象使用T*一樣，因為list_iterator的操作符方法使它完全可以以假亂真。現在考慮tFind的調用：

tFind(list_iterator<Student>(tmp),list_iterator<Student>(), num)

傳給tFind()的參數包括兩個list_iterator<Student>臨時對象以及一個int類型的num，在tFind()的內部調用的operator!=、operator++等操作，list_iterator完全可以勝任，因為我們給它定義了operator++等方法。

下面是樣本程式的運行結果：

8 馬克思10 瑪麗12 米奇13 湯姆20 吉瑞0Input a Student Number to Search:10Find Student:學號:00010      姓名:瑪麗       出席情況：還未簽到

樣本程式的全部代碼如下：

/* tFind.cpp * created: btwsmile * date: 2011-12-18 * remarks: * *  input8 馬克思10 瑪麗12 米奇13 湯姆20 吉瑞0 */#include<iostream>#include<iomanip>using namespace std;// list: roll_listtypedef struct Student{    int num;    char name[10];    bool check;    struct Student* next;}Student,*roll_list;// operaotr==(Student, int)bool operator==(const Student& lhs, int rhs){    return lhs.num == rhs;}bool operator!=(const Student& lhs, int rhs){    return !(lhs.num == rhs);}// list_iteratortemplate<typename T>class list_iterator{    T* m_ptr;public:    list_iterator():m_ptr(NULL){}    list_iterator(T* ptr):m_ptr(ptr){}    T& operator*()const    {        return *m_ptr;    }    T* operator->()const    {        return m_ptr;    }    bool operator==(const list_iterator& rhs)    {        return m_ptr == rhs.m_ptr;    }    bool operator!=(const list_iterator& rhs)    {        return !(m_ptr == rhs.m_ptr);    }    list_iterator& operator++()    {        m_ptr = m_ptr->next;        return *this;    }    list_iterator operator++(int)    {        list_iterator tmp = *this;        m_ptr = m_ptr->next;        return tmp;    }};// function template: tFind/*template<typename T>T* tFind(T* start, T* end, T val){    while(start != end && *start != val)        ++start;    return *start == val ? start : (T*)0;}*/template<typename Iterator, typename T>Iterator tFind(Iterator start, Iterator end, const T& val){    while(start != end && *start != val)        ++start;    return start != end ? start : (Iterator)0;}// main functionint main(){    int num;    char ch;    roll_list tmp = NULL;    while(cin>>num && num != 0)    {        Student* pStu = new Student;        pStu->num = num;cin.get(ch);        cin.getline(pStu->name,sizeof(pStu->name));        pStu->check = false;                pStu->next = tmp;        tmp = pStu;    }    cout<<"Input a Student Number to Search:";    cin>>num;        list_iterator<Student> t;    if((t = tFind(list_iterator<Student>(tmp),list_iterator<Student>(), num)) != NULL)    {        cout<<"Find Student:\n";        cout<<"學號:"<<setw(5)<<setfill('0')<<t->num<<"\t姓名:"<<t->name<<"\t出席情況："<<(t->check ? "已經簽到" : "還未簽到");    }    else cout<<"No Such Student in Roll List";    cout<<endl<<endl;    system("pause");    return 0;}