在C++标准模板库（STL）中，迭代器（Iterators）是一类对象，它们提供了一种统一的接口来遍历和元素进行交互。迭代器可以被视为一种泛化的指针，它们允许程序员在不知道底层容器实现细节的情况下，对容器中的元素进行访问和操作。

　　迭代器是STL的基石之一，因为它们允许算法与容器进行解耦，这意味着同一个算法可以用于不同的容器类型。

1. 迭代器特性

• 迭代器是对象：迭代器本身是对象，可以存储当前遍历到的位置的状态。
• 迭代器是轻量级：迭代器通常不复制容器中的元素，而是提供一个访问容器元素的途径。
• 迭代器是可变的：迭代器可以改变其所指向的元素的值。

2. 迭代器分类

1. 输入迭代器（Input Iterators）

• 允许你读取每个元素一次，用于流式的输入。
• 支持 ++ 递增操作和相等性比较。
• 只能进行元素的读取，不支持元素的写入。

2. 输出迭代器（Output Iterators）

• 主要用于写入序列，如 std::copy 的输出参数。
• 支持 ++ 递增操作和相等性比较，以及元素的写入。

3. 前向迭代器（Forward Iterators）

• 结合了输入和输出迭代器的特性，允许多次读取和写入。
• 支持单向遍历，只能前进不能后退。

4. 双向迭代器（Bidirectional Iterators）

• 扩展了前向迭代器，允许元素的双向遍历（前进和后退）。
• 支持 -- 递减操作，可以向后移动到前一个元素。

5. 随机访问迭代器（Random Access Iterators）

• 双向迭代器加上随机访问能力，可以快速跳转到任意位置。
• 支持所有的算术操作，如 +, -, +=, -=，以及比较操作 >, <, >=, <=。

6. 容器适配器迭代器（Container Adaptor Iterators）

• 例如 std::stack, std::queue, 和 std::priority_queue 提供的迭代器。
• 这些迭代器的行为依赖于适配器的实现，通常限制了迭代器的操作范围。

7. 代码示例：

    1 std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    2 std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); // 随机访问迭代器
    3 
    4 // 随机访问迭代器操作
    5 it += 2;        // 跳转到第三个元素
    6 it -= 1;        // 跳转到第四个元素
    7 int val = it[2]; // 访问第六个元素（从零开始计数）
    8 
    9 std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
   10 std::list<int>::iterator lit = lst.begin(); // 前向迭代器
   11 
   12 // 前向迭代器操作
   13 ++lit; // 移动到下一个元素
   14 lit++; // 移动到下一个元素（后置递增）

3. 迭代器操作

• 解引用操作符（*）：访问迭代器指向的元素。
• 成员访问操作符（->）：通过迭代器访问对象的成员。
• 前缀递增（++）和后缀递增（++）：将迭代器移动到下一个元素。
• 前缀递减（--）和后缀递减（--）：将迭代器移动到上一个元素。
• 相等和不相等操作符（==, !=）：比较两个迭代器是否相等或不相等。

4. 示例代码

在C++ STL中，迭代器允许你以统一的方式访问和操作容器中的元素。以下是一些常见的迭代器操作：

4.1. 迭代器初始化

1 std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
2 std::vector<int>::iterator it; // 声明迭代器

4.2. 遍历容器

1 for (it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
2     // *it 访问当前元素
3     // it->member 访问当前元素的成员变量
4 }

4.3. 直接访问元素

1 auto val = *it; // 获取当前迭代器指向的元素的值

4.4. 递增和递减迭代器

1 ++it; // 前置递增
2 it++; // 后置递增
3 --it; // 前置递减
4 it--; // 后置递减

4.5. 比较迭代器

1 if (it == vec.begin()) {
2     // it 指向容器的开始
3 }
4 
5 if (it != vec.end()) {
6     // it 不是容器的结束
7 }

4.6. 随机访问迭代器（如 std::vector 或 std::array）

1 std::vector<int>::iterator it = vec.begin() + 2; // 直接跳转到第三个元素

4.7. 使用 std::advance 函数

1 std::advance(it, 3); // 将迭代器向前移动3个位置

4.8. 范围基 for 循环（C++11及以后）

1 for (auto& val : vec) {
2     // val 是容器中的元素的引用
3 }

4.9. 使用迭代器访问容器元素的成员

1 struct Node {
2     int value;
3     // ...
4 };
5 
6 std::vector<Node> nodes;
7 for (auto& node : nodes) {
8     node.value = 1; // 直接修改当前节点的 value 成员
9 }

4.10. 迭代器失效

　　在某些操作（如插入、删除、重新分配）后，迭代器可能会失效。因此，需要谨慎地管理迭代器的生命周期。

1 vec.erase(it); // 删除当前迭代器指向的元素后，该迭代器失效

4.11. 注意

• 迭代器的类型应与容器类型匹配。
• 迭代器操作应该在容器的有效期内。
• 某些容器操作可能导致迭代器失效，例如 erase、clear 或容器的重新分配。
• 迭代器的比较和算术操作取决于迭代器的类别（如输入迭代器、前向迭代器、随机访问迭代器等）。