C++ Primer 學習筆記 42：STL 實踐與分析（16）——迭代器基礎（上）

系列引言

本文為《C++ Primer》學習筆記系列第 42 篇，開啟「STL 實踐與分析」專題的「再談迭代器」三部曲之首篇（上）。旨在系統梳理 STL 迭代器的核心概念、分類體系、基本操作及其與容器、算法的協作機制，為後續進階主題（iostream 迭代器、反向迭代器、const 迭代器）奠定基礎。

迭代器核心概念

• 定義：迭代器是一種泛化指針的對象，提供對容器元素的統一訪問接口，屏蔽底層數據結構差異。
• 五大類別（功能由弱到強）：
  1. 輸入迭代器：單遍歷、只讀（如 istream_iterator）
  2. 輸出迭代器：單遍歷、只寫（如 ostream_iterator）
  3. 前向迭代器：多遍歷、可讀寫、單向移動（如 forward_list）
  4. 雙向迭代器：雙向移動（如 list, set, map）
  5. 隨機訪問迭代器：支持算術運算、關係運算、O(1) 跳轉（如 vector, deque, array）
• 迭代器特性萃取：iterator_traits 統一獲取迭代器的 value_type, difference_type, pointer, reference, iterator_category，支撐泛型算法根據迭代器類別優化實現（如 advance, distance）。

基本操作與慣用語

// 容器定義迭代器類型
vector<int>::iterator it;
vector<int>::const_iterator cit;
vector<int>::reverse_iterator rit;

// 獲取始末迭代器
auto begin = vec.begin();  // 指向首元素
auto end   = vec.end();    // 指向尾後位置（左閉右開區間 [begin, end)）

// 遍歷模式
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { /* ... */ }
// C++11 範圍 for
for (auto &elem : vec) { /* ... */ }

迭代器失效規則（重點）

修改容器結構（插入/刪除/擴容）可能導致迭代器失效：

• vector：插入/刪除/擴容導致所有迭代器失效；reserve 可避免擴容失效。
• deque：首尾插入不失效，中間插入/刪除導致所有失效。
• list/forward_list：插入不失效，刪除僅失效被刪除元素的迭代器。
• 關聯容器：插入/刪除不失效其他迭代器，僅失效被刪除元素的迭代器。

學習路徑建議

掌握本篇基礎後，建議依次閱讀第 43 篇（iostream 迭代器進階）、第 44 篇（反向迭代器習題實戰）、第 45 篇（const 迭代器與容器操作），並結合《Effective STL》條款 26~29 深化理解。