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C++ STL move_iterator移动迭代器用法详解

C++ 11 还为 STL 标准库增添了一种迭代器适配器,即本节要讲的 move_iterator 移动迭代器适配器

move_iterator 迭代器适配器,又可简称为移动迭代器,其可以实现以移动而非复制的方式,将某个区域空间中的元素移动至另一个指定的空间。

举个例子,前面讲了 vector 容器,该类型容器支持如下初始化的方式(程序一):
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    //创建并初始化一个 vector 容器
    vector<string> myvec{ "STL","Python","Java" };
    //再次创建一个 vector 容器,利用 myvec 为其初始化
    vector<string>othvec(myvec.begin(), myvec.end());
  
    cout << "myvec:" << endl;
    //输出 myvec 容器中的元素
    for (auto ch : myvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl << "othvec:" << endl;
    //输出 othvec 容器中的元素
    for (auto ch : othvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

myvec:
STL Python Java
othvec:
STL Python Java

注意程序第 11 行,初始化 othvec 容器是通过复制 myvec 容器中的元素实现的。也就是说,othvec 容器从 myvec 容器中复制了一份 "STL"、"Python"、"Java" 并存储起来,此过程不会影响 myvec 容器。

那么,如果不想采用复制的方式,而就是想 myvec 容器中存储的元素全部移动到 othvec 容器中,该怎么办呢?没错,就是采用移动迭代器。

值得一提的是,实现移动迭代器的模板类定义在 <iterator> 头文件,并位于 std 命名空间中。因此,在使用该类型迭代器时,程序中应包含如下代码:
#include <iterator>
using namespace std;
第二行代码不是必需的,但如果不用,则程序中在创建该类型的迭代器时,必须手动注明 std 命名空间(强烈建议初学者使用)。

实现 move_iterator 移动迭代器的模板类定义如下:
template <class Iterator>
    class move_iterator;
可以看到,在使用此迭代器时,需要传入一个基础迭代器 Iterator。

注意,此基础迭代器的类型虽然没有明确要求,但该模板类中某些成员方法的底层实现,需要此基础迭代器为双向迭代器或者随机访问迭代器。也就是说,如果指定的 Iterator 类型仅仅是输入迭代器,则某些成员方法将无法使用。

实际上,在 move_iterator 模板类中就包含有指定 Iterator 类型的基础迭代器,整个模板类也是借助此基础迭代器实现的。关于 move_iterator 的底层实现,C++ STL move_iterator手册给出了详细的参考代码,有兴趣的读者可自行研究。

C++ STL move_iterator的创建

move_iterator 模板类中,提供了 4 种创建 move_iterator 迭代器的方法。

1) 通过调用该模板类的默认构造函数,可以创建一个不指向任何对象的移动迭代器。比如:
//将 vector 容器的随机访问迭代器作为新建移动迭代器底层使用的基础迭代器
typedef std::vector<std::string>::iterator Iter;
//调用默认构造函数,创建移动迭代器
std::move_iterator<Iter>mIter;

如果程序中引入了 std 命名空间,则上面代码中所有的 std:: 都可以省略。

由此,我们就创建好了一个 mIter 移动迭代器,该迭代器底层使用的是 vector 容器的随机访问迭代器,但这里没有为此基础迭代器明确指向,所以 mIter 迭代器也不知向任何对象。

2) 当然,在创建 move_iterator 迭代器的同时,也可以为其初始化。比如:
//创建一个 vector 容器
std::vector<std::string> myvec{ "one","two","three" };
//将 vector 容器的随机访问迭代器作为新建移动迭代器底层使用的基础迭代器
typedef std::vector<std::string>::iterator Iter;
//创建并初始化移动迭代器
std::move_iterator<Iter>mIter(myvec.begin());
这里,我们创建了一个 mIter 移动迭代器,同时还为底层使用的随机访问迭代器做了初始化,即令其指向 myvec 容器的第一个元素。

3) move_iterator 模板类还支持用已有的移动迭代器初始化新建的同类型迭代器,比如,在上面创建好 mIter 迭代器的基础上,还可以向如下这样为新建的移动迭代器初始化:
std::move_iterator<Iter>mIter2(mIter);
//还可以使用 = 运算符,它们是等价的
//std::move_iterator<Iter>mIter2 = mIter;
这样创建的 mIter2 迭代器和 mIter 迭代器完全一样。也就是说,mIter2 底层会复制 mIter 迭代器底层使用的基础迭代器。

4) 以上 3 种创建 move_iterator 迭代器的方式,其本质都是直接调用 move_iterator 模板类中的构造方法实现的。除此之外,C++ STL 标准库还提供了一个 make_move_iterator() 函数,通过调用此函数可以快速创建一个 move_iterator 迭代器。

C++ STL 标准库中,make_move_iterator() 是以函数模板的形式提供的,其语法格式如下:

template <class Iterator>
  move_iterator<Iterator> make_move_iterator (const Iterator& it);

其中,参数 it 为基础迭代器,用于初始化新建迭代器。同时,该函数会返回一个创建好的移动迭代器。

举个例子:
typedef std::vector<std::string>::iterator Iter;
std::vector<std::string> myvec{ "one","two","three" };
//将 make_move_iterator() 的返回值赋值给同类型的 mIter 迭代器
std::move_iterator<Iter>mIter = make_move_iterator(myvec.begin());
下面程序对程序一做了修改,即运用移动迭代器为 othvec 容器初始化:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    //创建并初始化一个 vector 容器
    vector<string> myvec{ "STL","Python","Java" };
    //再次创建一个 vector 容器,利用 myvec 为其初始化
    vector<string>othvec(make_move_iterator(myvec.begin()), make_move_iterator(myvec.end()));
   
    cout << "myvec:" << endl;
    //输出 myvec 容器中的元素
    for (auto ch : myvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl << "othvec:" << endl;
    //输出 othvec 容器中的元素
    for (auto ch : othvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

myvec:

othvec:
STL Python Java

通过和程序一做对比不难看出它们的区别,由于程序第 11 行为 othvec 容器初始化时,使用的是移动迭代器,其会将 myvec 容器中的元素直接移动到 othvec 容器中。

注意,即便通过移动迭代器将容器中某区域的元素移动到了其他容器中,该区域内仍可能残留有之前存储的元素,但这些元素是不能再被使用的,否则极有可能使程序产生各种其他错误。


和其他迭代器适配器一样,move_iterator 模板类中也提供有 base() 成员方法,通过该方法,我们可以获取到当前移动迭代器底层所使用的基础迭代器。

举个例子:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    typedef std::vector<std::string>::iterator Iter;

    //创建并初始化一个 vector 容器
    vector<std::string> myvec{ "STL","Java","Python" };
    //创建 2 个移动迭代器
    std::move_iterator<Iter>begin = make_move_iterator(myvec.begin());
    std::move_iterator<Iter>end = make_move_iterator(myvec.end());
    //以复制的方式初始化 othvec 容器
    vector <std::string> othvec(begin.base(), end.base());
   
    cout << "myvec:" << endl;
    //输出 myvec 容器中的元素
    for (auto ch : myvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    cout << endl << "othvec:" << endl;
    //输出 othvec 容器中的元素
    for (auto ch : othvec) {
        cout << ch << " ";
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

myvec:
STL Java Python
othvec:
STL Java Python

显然,通过调用 base() 成员方法,初始化 othvec 容器的方式转变为以复制而非移动的方式,因此 myvec 容器不会受到影响。

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