stack_queue扩展学习 --- 反向迭代器
反向迭代器的实现思路
源码及框架分析
迭代器是用来遍历容器的，是一种封装，它不需要去关注容器的底层实现（底层是数组，链表，还是树等等这些结构），我们都是用统一的方式去对容器进行访问，访问行为是类似指针的。我们之前学习了普通迭代器和const迭代器：
- 普通迭代器：能读能写；
- const迭代器：只能读，只能遍历数据，得到数据，不能修改数据，是不能写的。
我们之前学的普通迭代器是正向迭代器，如果我想逆方向遍历呢？那么就需要反向迭代器。
SGI-STL30源代码，反向迭代器实现的核心源码在stl_iterator.h中，反向迭代器是一个适配器，各个容器中再适配出自己的反向迭代器，我们下面来看一看vector容器和list容器中的反向迭代器的核心部分：
在源码中，我们可以看到 reverse_iterator 实现了两个版本。通过 __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION 条件编译来控制使用哪个版本。简单来说，支持偏特化的迭代器萃取以后，反向迭代器使用的是以下版本：
template
class reverse_iterator; 而之前使用的是以下版本：
template
class reverse_bidirectional_iterator;
template
class reverse_iterator; 可以看到，它们的主要差别在于模板参数是否传递迭代器指向的数据类型。支持偏特化的迭代器萃取以后，就不需要手动传递数据类型，因为 reverse_iterator 内部可以通过迭代器萃取获取数据类型。迭代器萃取的本质是一种特化，我们主要使用通过模板参数传递数据类型的方式来实现。
反向迭代器本质上是一个适配器，使用模板实现。传递哪个容器的迭代器，就可以封装适配出对应的反向迭代器。因为反向迭代器的功能与正向迭代器的功能高度相似，只是遍历方向相反，例如 operator++ 底层调用迭代器的 operator-- 等，所以通过封装就可以实现。
比较奇怪的是 operator* 的实现。它内部访问的是迭代器当前位置的前一个位置。这需要结合容器中 rbegin 和 rend 的实现才能理解。rbegin 返回的是封装 end 位置的反向迭代器，rend 返回的是封装 begin 位置迭代器的反向迭代器。这里的设计是为了实现一种对称性，因此解引用访问的是当前位置的前一个位置。
反向迭代器的实现
反向迭代器通常是通过正向迭代器进行构造的。反向迭代器本质上是一个适配器，它对正向迭代器进行封装，从而实现反向遍历的功能。
反向迭代器的析构也不需要我们自己实现，因为迭代器不负责释放资源，释放资源是容器的事情！所以析构不需要写，就一般不需要写拷贝构造，因为不需要进行深拷贝！默认生成的浅拷贝就够用了！
重点实现的是：
operator*
operator->
operator++
operator--operator* 就是要返回当前迭代器指向的数据，当前指向的位置是一个正向迭代器，上面的对象是包装了一个反向迭代器的。operator* 解引用，不管是正向还是反向，都要返回数据的引用！
返回值类型设置
对于反向迭代器来说，operator* 的行为确实需要特别注意。反向迭代器的目的是让遍历方向与正向迭代器相反，因此它的 operator* 需要返回当前迭代器所指位置的前一个元素。这是因为反向迭代器的逻辑起点是容器的末尾（end()），而不是开头（begin()）。
-
正向迭代器：
begin()指向第一个元素，end()指向最后一个元素的下一个位置。 -
反向迭代器：
rbegin()指向最后一个元素，rend()指向第一个元素的前一个位置。
因此，反向迭代器的 operator* 实现为：
T& operator*() const { return *(current - 1); }这里 current 是存储的正向迭代器，current - 1 表示前一个位置。
反向迭代器的模板参数
反向迭代器的模板参数设计取决于迭代器的类型和容器的特性。主要有以下两种情况：
a. 通用模板参数
对于通用的反向迭代器，模板参数通常包括：
-
Iterator：正向迭代器类型。 -
T：迭代器所指元素的类型。 -
Reference：引用类型（T&或const T&）。 -
Distance：迭代器距离类型（如std::ptrdiff_t）。
template
class reverse_iterator {
public:
Reference operator*() const { return *(current - 1); }
// 其他成员函数...
private:
Iterator current;
}; b. 偏特化和类型萃取
对于某些容器（如 std::vector），其迭代器可能是原生指针，没有内嵌类型（如 reference 或 value_type）。这种情况下，需要通过偏特化或类型萃取来获取正确的类型信息。
-
std::list的迭代器：是一个自定义类型，可以通过typename Iterator::reference获取引用类型。 -
std::vector的迭代器：是一个原生指针，没有内嵌类型，需要通过偏特化或类型萃取来获取正确的类型。
template
class reverse_iterator {
public:
// 使用类型萃取获取引用类型
using reference = typename std::iterator_traits::reference;
reference operator*() const { return *(current - 1); }
// 其他成员函数...
private:
Iterator current;
}; 为什么需要偏特化或类型萃取
-
std::list的迭代器：是一个类模板实例，具有内嵌类型（如reference和value_type）。因此，可以直接通过typename Iterator::reference获取引用类型。 -
std::vector的迭代器：是一个原生指针（如T*），没有内嵌类型。因此，需要通过偏特化或类型萃取来获取正确的类型。
template
class reverse_iterator {
public:
using reference = T&;
reference operator*() const { return *(current - 1); }
// 其他成员函数...
private:
T* current;
}; -
operator*的行为：反向迭代器的operator*返回当前迭代器所指位置的前一个元素。 -
模板参数设计：通用模板参数可以处理大多数情况，但对于原生指针类型的迭代器，需要通过偏特化或类型萃取来获取正确的类型信息。
-
类型萃取：通过
std::iterator_traits可以统一处理不同类型迭代器的特性，包括原生指针和自定义迭代器。
其实就是总结为：
如果是普通迭代器，那就适配出普通反向迭代器：T& operator*，如果是const迭代器，就适配出const反向迭代器：const T& operator*，只是template
其实我们这里就不要那么复杂了，使用三个模板参数就可以了！
template
下面，为我们就可以实现一个：
Iterator.h
#pragma once
// 反向迭代器模板
template
struct ReverseIterator
{
typedef ReverseIterator Self; // 自引用类型别名，方便后续使用
// 构造函数：接受一个正向迭代器
ReverseIterator(Iterator it)
: _it(it) // 初始化内部存储的正向迭代器
{
}
// 解引用操作符：返回当前迭代器前一个位置的引用
Ref operator*()
{
// 适配的不一定是随机迭代器，可能是双向迭代器或输入迭代器
// 不是双向迭代器又不能减，只可以进行减减
// 而且不能直接对_it"--"解引用，因为这会改变_it的值
// 创建一个临时迭代器，向前移动一位
Iterator tmp = _it;
--tmp; // 确保迭代器支持--操作
// 返回前一个位置的引用
return *tmp;
}
// 成员访问操作符：返回解引用的地址
Ptr operator->()
{
return &(operator*()); // 复用 operator* 的实现
}
// 前置递增操作符：递减内部迭代器
Self& operator++()
{
--_it; // 内部迭代器向前移动
return *this; // 返回当前反向迭代器
}
// 前置递减操作符：递增内部迭代器
Self& operator--()
{
++_it; // 内部迭代器向后移动
return *this; // 返回当前反向迭代器
}
// 不等于操作符：比较两个反向迭代器是否不相等
bool operator!=(const Self& s)
{
return _it != s._it; // 比较内部迭代器
}
// 等于操作符：比较两个反向迭代器是否相等
bool operator==(const Self& s)
{
return _it == s._it; // 比较内部迭代器
}
Iterator _it; // 内部存储的正向迭代器
}; 我们就可以在List.h中进行反向迭代器的使用了：（结合上面图片进行代码的编写）
typedef list_iterator iterator;
typedef list_iterator const_iterator;
typedef ReverseIterator reverse_iterator;
typedef ReverseIterator const_reverse_iterator;
//reverse_iterator rbegin()
//{
// return reverse_iterator(--end());
//}
//reverse_iterator rend()
//{
// return reverse_iterator(end());
//}
// 对称
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
} 我们就可以在Vector.h中进行反向迭代器的使用了：
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
typedef ReverseIterator reverse_iterator;
typedef ReverseIterator const_reverse_iterator;
// 对称
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
附录
| 迭代器类别 | 支持的操作 | 示例 |
|---|---|---|
| 输入迭代器 (Input Iterator) | 单向遍历，支持 ++、*、-> |
std::istream_iterator |
| 输出迭代器 (Output Iterator) | 单向写入，支持 ++、* |
std::ostream_iterator |
| 前向迭代器 (Forward Iterator) | 双向遍历，支持 ++、*、-> |
std::forward_list::iterator |
| 双向迭代器 (Bidirectional Iterator) | 双向遍历，支持 ++、--、*、-> |
std::list::iterator、std::map::iterator |
| 随机访问迭代器 (Random Access Iterator) | 随机访问，支持 ++、--、+、-、[]、*、-> |
std::vector::iterator、std::deque::iterator |
本片的全部正文：
反向迭代器
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