C++迭代器模式通过操作符重载实现遍历与容器解耦，STL容器提供begin()/end()返回满足约定（*, ->, ++, !=等）的迭代器，无需抽象基类，依托概念而非继承实现零成本抽象。
在 C++ 中实现迭代器模式，核心是抽象“遍历容器”的行为，让使用者无需关心容器内部结构，就能统一访问元素。STL 的 vector、list、map 等容器都遵循这一思想——它们各自提供 begin() 和 end()，返回符合标准的迭代器类型（如 vector），而这些迭代器本质上就是行为型设计模式中的“Iterator”具体实现。
迭代器模式的关键角色与 C++ 实现要点
一个典型的迭代器模式包含四个角色：Aggregate（聚合接口）、ConcreteAggregate（具体容器）、Iterator（迭代器接口）、ConcreteIterator（具体迭代器）。C++ 中不强制定义抽象基类 Iterator，而是通过约定（满足 operator*、operator->、operator++、operator!= 等）来体现“可迭代性”。STL 要求迭代器至少支持五种类别（Input/Output/Forward/Bidirectional/RandomAccess），但最常用的是前向和随机访问两类。
- 容器需提供
begin()和end()成员函数，返回对应迭代器对象 - 迭代器需重载基本操作符：解引用
*、成员访问->、自增++（前置/后置）、相等/不等比较==/!= - 为支持范围 for 循环（
for (auto& x : container)），迭代器还应满足可解构、可拷贝、可比较等语义要求
手写一个简单 vector-like 容器及其迭代器
下面是一个极简但完整的示例，模拟 std::vector 的核心迭代逻辑，帮助理解底层原理：
templateclass SimpleVec { private: T* data_; size_t size_; size_t capacity_; public: // 迭代器定义（嵌套类，模仿 STL 风格） class iterator { T ptr_; public: iterator(T p) : ptr(p) {} T& operator() { return ptr; } T operator->() { return ptr; } iterator& operator++() { ++ptr; return this; } // 前置++ iterator operator++(int) { iterator tmp = *this; ++ptr; return tmp; } // 后置++ bool operator!=(const iterator& other) const { return ptr != other.ptr; } bool operator==(const iterator& other) const { return ptr == other.ptr_; } };
// 容器接口 SimpleVec(size_t n = 0) : size_(0), capacity_(n), data_(n ? new T[n] : nullptr) {} ~SimpleVec() { delete[] data_; } void push_back(const T& val) { if (size_ >= capacity_) { // 简化扩容逻辑 T* new_data = new T[capacity_ ? capacity_ * 2 : 1]; for (size_t i = 0; i < size_; ++i) new_data[i] = data_[i]; delete[] data_; data_ = new_data; capacity_ = capacity_ ? capacity_ * 2 : 1; } data_[size_++] = val; } iterator begin() { return iterator(data_); } iterator end() { return iterator(data_ + size_); }};
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使用方式与 STL 完全一致：
SimpleVecv; v.push_back(10); v.push_back(20); v.push_back(30); for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; // 输出：10 20 30 } // 或用范围 for（自动调用 begin/end） for (int x : v) { std::cout << x << " "; }
为什么 STL 迭代器不是继承自某个基类？
STL 选择基于“概念（Concepts）”而非“继承”的设计，根本原因是性能与泛型需求：
- 避免虚函数调用开销；所有操作都是内联、零成本抽象
- 支持原生指针作为迭代器（例如
int arr[5]; for (int* p = arr; p != arr+5; ++p) ...），而指针无法继承- 模板推导依赖操作符重载是否存在，而不是类型关系，更灵活（SFINAE / C++20 Concepts）
也就是说，
std::vector::iterator可能是封装了指针的类，也可能是裸指针（取决于实现），只要它“表现得像迭代器”，就合法。进阶：支持 const 迭代器与反向迭代器
真实 STL 容器还提供
cbegin()/cend()和rbegin()/rend()。实现 const 迭代器只需：
- 新增
const_iterator类，其operator*返回const T&- 让
begin()的 const 版本返回const_iterator（通过 const 成员函数重载）- 反向迭代器可复用正向迭代器，仅改变
++和--的语义（STL 中std::reverse_iterator就是适配器模板）例如：
const_iterator begin() const { return const_iterator(data_); }基本上就这些。理解迭代器模式，重点不在“写一个 Iterator 类”，而在于把握“分离遍历逻辑与数据结构”的思想，以及 C++ 如何用操作符重载 + 模板 + 值语义优雅落地。STL 的设计不是炫技，是在效率、通用性与标准约束之间反复权衡的结果。
