c++中如何实现自定义容器的迭代器_c++迭代器模式代码实现【详解】

不能直接用 int* 当作自定义容器的迭代器，因为标准算法和范围 for 循环依赖迭代器的类型特征（如 iterator_category、value_type），裸指针不提供这些，会导致编译失败或行为不可控。

为什么不能直接用 int* 当作自定义容器的迭代器

因为标准算法（如 std::sort、std::find）和范围 for 循环依赖迭代器的类型特征（如 iterator_category、value_type），裸指针不提供这些，会导致编译失败或行为不可控。比如 std::distance(it1, it2) 对裸指针虽能工作，但 std::advance 在输入迭代器场景下可能失效。

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• 必须在迭代器类中显式定义 typedef 或 using 别名： value_type、difference_type、pointer、reference、iterator_category
• iterator_category 推荐从 std::random_access_iterator_tag（支持 +/-）、std::bidirectional_iterator_tag（仅支持 ++/--）中选，别硬写 std::input_iterator_tag 却实现随机访问操作
• 若容器底层是连续内存（如封装 std::vector），可直接用指针作为内部存储；否则需保存节点指针或索引

如何让 begin() / end() 返回正确的迭代器类型

关键不是返回什么，而是让编译器能推导出符合标准要求的类型——尤其要区分 const 和非 const 版本。常见错误是只实现一个 iterator 类型，导致 const Container& 调用 begin() 时返回可修改的迭代器，违反常量正确性。

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• 为容器定义两个嵌套类型：iterator 和 const_iterator，二者通常复用同一模板类，仅通过模板参数控制解引用返回 T& 还是 const T&
• begin() 和 end() 的 const 重载必须返回 const_iterator；非 const 版本返回 iterator
• 避免把 iterator 设为 const_iterator 的子类——c++ 标准不保证向下转换安全，且破坏了迭代器类型的正交性

operator++ 和 operator* 必须满足哪些语义约束

标准库算法依赖迭代器的“行为契约”。例如 operator++ 必须返回引用（前缀）或临时对象（后缀），operator* 必须返回可绑定到 T& 或 const T& 的结果，且不能有副作用。

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• 前缀 ++it：返回 *this 的引用；后缀 it++：用临时对象保存旧值，再调用前缀，最后返回该临时对象
• operator* 和 operator-> 应保持一致：若 *it 是 T&，则 it->member 等价于 (*it).member
• 禁止在 operator* 中做越界检查（性能敏感）；但可在调试版中用 assert 辅助定位问题

完整可编译的最小示例：基于数组的 FixedArray 迭代器

以下代码实现一个固定大小数组容器，含完整的 iterator / const_iterator，支持 ++、--、+、==、*，并能用于范围 for 和 std::sort：

#include  #include  
template t N> class FixedArray { T data[N];
public: using value_type = T; using size_type = std::size_t; using difference_type = std::ptrdiff_t; using reference = T&; using const_reference = const T&; using pointer = T; using const_pointer = const T;
// 迭代器模板：IsConst 控制是否返回 const 引用 template zuojiankuohaophpcnbool IsConstyoujiankuohaophpcn class Iterator {     static_assert(IsConst == true || IsConst == false, "");     using element_type = std::conditional_tzuojiankuohaophpcnIsConst, const T, Tyoujiankuohaophpcn;     using pointer_type = std::conditional_tzuojiankuohaophpcnIsConst, const T*, T*youjiankuohaophpcn;     using reference_type = std::conditional_tzuojiankuohaophpcnIsConst, const T&, T&youjiankuohaophpcn;      pointer_type ptr_;  public:     using iterator_category = std::random_access_iterator_tag;     using value_type = T;     using difference_type = std::ptrdiff_t;     using pointer = pointer_type;     using reference = reference_type;      Iterator(pointer_type p) : ptr_(p) {}      reference operator*() const { return *ptr_; }     pointer operator-youjiankuohaophpcn() const { return ptr_; }      Iterator& operator++() { ++ptr_; return *this; }     Iterator operator++(int) { Iterator tmp = *this; ++ptr_; return tmp; }     Iterator& operator--() { --ptr_; return *this; }     Iterator operator--(int) { Iterator tmp = *this; --ptr_; return tmp; }      Iterator& operator+=(difference_type n) { ptr_ += n; return *this; }     Iterator operator+(difference_type n) const { return Iterator(ptr_ + n); }     friend Iterator operator+(difference_type n, const Iterator& it) { return it + n; }     Iterator& operator-=(difference_type n) { ptr_ -= n; return *this; }     Iterator operator-(difference_type n) const { return Iterator(ptr_ - n); }     difference_type operator-(const Iterator& other) const { return ptr_ - other.ptr_; }      reference operator[](difference_type n) const { return *(ptr_ + n); }      bool operator==(const Iterator& other) const { return ptr_ == other.ptr_; }     bool operator!=(const Iterator& other) const { return ptr_ != other.ptr_; }     bool operatorzuojiankuohaophpcn(const Iterator& other) const { return ptr_ zuojiankuohaophpcn other.ptr_; }     bool operatoryoujiankuohaophpcn(const Iterator& other) const { return ptr_ youjiankuohaophpcn other.ptr_; }     bool operatorzuojiankuohaophpcn=(const Iterator& other) const { return ptr_ zuojiankuohaophpcn= other.ptr_; }     bool operatoryoujiankuohaophpcn=(const Iterator& other) const { return ptr_ youjiankuohaophpcn= other.ptr_; } };  using iterator = Iteratorzuojiankuohaophpcnfalseyoujiankuohaophpcn; using const_iterator = Iteratorzuojiankuohaophpcntrueyoujiankuohaophpcn;  iterator begin() { return iterator(data_); } iterator end() { return iterator(data_ + N); } const_iterator begin() const { return const_iterator(data_); } const_iterator end() const { return const_iterator(data_ + N); } const_iterator cbegin() const { return begin(); } const_iterator cend() const { return end(); }
};
// 使用示例 int main() { FixedArray arr; arr.begin()[0] = 1; arr.begin()[1] = 2; arr.begin()[2] = 3;
std::sort(arr.begin(), arr.end()); // OK  for (int x : arr) {} // OK  const FixedArrayzuojiankuohaophpcnint, 3youjiankuohaophpcn carr = arr; for (int x : carr) {} // OK —— 调用 const_iterator
}
注意：这个实现省略了 swap、assign 等接口，也未处理异常安全，但已覆盖所有迭代器协议核心要求。最容易被忽略的是 iterator_category 的正确继承关系和 const_iterator 与 iterator 的分离设计——一旦混用，std::find_if 等泛型算法会在 const 容器上静默编译失败。