迭代器(英语:iterator),是使用户可在容器对象(container,例如链表数组)上遍访的对象[1][2][3],设计人员使用此接口无需关心容器对象的内存分配的实现细节。其行为很像数据库技术中的光标cursor),迭代器最早出现在1974年设计的CLU编程语言中。

在各种语言实现迭代器的方式皆不尽同,有些面向对象语言像JavaC#RubyPythonDelphi都已将迭代器的特性内置语言当中,完美的跟语言集成,我们称之隐式迭代器。但像是C++语言本身就没有迭代器的特色,但STL仍利用模板实现了功能强大的迭代器。STL容器的数据的内存地址可能会重新分配(reallocate),与容器绑定的迭代器仍然可以定位到重新分配后的正确的内存地址。

描述

内部迭代器

内部的迭代器是高阶函数(通常接受匿名函数),比如mapreduce等,它实现跨经一个容器的遍历,依次将给定函数应用到每个元素。

外部迭代器和迭代器模式

外部的迭代器可以被认为是某种类型的指针,它有两个主要操作:引用在一个对象搜集英语Collection (abstract data type)(collection)中的一个特定元素(称为元素访问),和修改自身使其指向下一个元素(称为元素遍历)[4]。还必须有一种方式建立迭代器并指向容器的第一个元素,还要有某种方式确定何时迭代器已经穷尽了容器中所有的元素。依据语言和意向用途,迭代器还可以提供额外的操作或展示不同的行为。

迭代器的主要用途是允许用户处理一个容器的所有元素,而将用户隔离于容器的内部结构[2]。这允许容器以任何它希望的方式存储元素,而允许用户把它们看作就是简单的序列或列表。迭代器类通常设计为紧密协作于对应的容器类。容器类通常提供建立迭代器的方法。

循环计数器有时也被称为循环迭代器。但是循环计数器只提供遍历功能而不提供访问功能。

生成器

实现迭代器的一种方式是使用受限形式的协程,也叫做生成器。不同于子例程,生成器协程可以向它的调用者多次产生返回值,而非只是返回一次。多数迭代器可自然的表达为生成器,但是因为生成器在被多次启用之间保存了自己的局部状态,它们特别适合于复杂的、有状态的迭代器,比如树遍历器。在不同的作者和语言之间,术语“生成器”和“迭代器”的用法上有微妙的差异和区别[5]。有些语言将二者视为同一接口,有些语言如JavaScript[6]则将之独立化。在Python中,生成器是一个迭代器构造器,即返回一个迭代器的函数。下面的Python生成器返回一个斐波那契数列的迭代器,使用到了Python的yield语句:

def fibonacci(limit):
    a, b = 0, 1
    for _ in range(limit):
        yield a
        a, b = b, a+b

for number in fibonacci(100):  # 这个生成器构造了一个迭代器
    print(number)

隐式迭代器

一些面向对象语言比如C#C++(后期版本)、 Delphi(后期版本)、GoJava(后期版本)、LuaPerlPythonRuby,提供了迭代一个容器对象的元素的内置方式,而不用介入一个显式的迭代器对象。实际的迭代器对象可以在现实中存在,即便如此,它也不被暴露在这个语言的源代码中[4][7]

隐式迭代器经常通过foreach语句(或等价者)来显现出来,比如下面的Python例子:

for value in iterable:
    print(value)

在Python中,可迭代者(iterable)是可以被转换成迭代器的一个对象,接着在这个for循环期间从头至尾迭代它,这是隐含完成的。

Smalltalk家族语言和受其启发的语言中,它们可以由搜集(collection)对象自身建立。比如下面Ruby例子:

iterable.each do |value|
  puts value
end

这种迭代风格有时叫做“内部迭代”,因为它的代码完全执行在可迭代对象的上下文(context)之内(它控制迭代的所有方面),而编程者只提供在每个步骤要执行的运算操作(使用匿名函数)。

支持列表推导式或类似构造的语言,还可以在结果列表的构造期间使用隐式迭代器,比如在Python中:

names = [person.name for person in roster if person.male]

有时隐式迭代只能做到部分的隐藏实质。C++语言有一些用于隐式迭代的函数模板,比如for_each()。这些函数仍要求显式的迭代器对象作为它们的初始输入,但是后续的迭代不将迭代器对象暴露给用户。

迭代器是对输入流的一种有用的抽象,流提供了潜在的无限可迭代的(但不必然可索引)的对象。一些语言,比如Perl和Python,将流实现为迭代器。流的可替代的实现包括数据驱动语言,比如AWKsed

迭代器分类

迭代器范畴

迭代器可以依据功能而归类,下面是迭代器范畴的一个(不完全)列表[8][9]:

More information 范畴, 语言 ...
范畴 语言
双向迭代器 C++
前向迭代器 C++
输入迭代器 C++
输出迭代器 C++
随机访问迭代器 C++
Trivial迭代器 C++ (旧STL)[10]
Close

迭代器类型

不同的语言或它们所具有的函数库定义了自己的迭代器的类型,下面是一个(不完全)列表[11]

More information 类型, 语言 ...
类型 语言
数组迭代器 PHP, R[12]
缓存迭代器 PHP
常量迭代器 C++,[13] PHP
目录迭代器 PHP, Python
过滤器迭代器 PHP, R
Limit迭代器 PHP
列表迭代器 Java,[7] R
递归数组迭代器 PHP
XML迭代器 PHP
Close

语言示例

C#

C#中,一种新形式的迭代器提供了函数语言程序设计中的生成器,使用yield return

类似于Python中使用的yield

// Method that takes an iterable input (possibly an array)
// and returns all even numbers.
public static IEnumerable<int> GetEven(IEnumerable<int> numbers)
{
    foreach(int i in numbers)
    {
        if (i % 2 == 0) yield return i;
    }
}

C++

C++STL可支持迭代器。

 template<typename InputIterator>
 void printall(InputIterator first, InputIterator last)
 {
     for(; first != last; ++first)
     {
         std::cout << *first << std::endl;
     }
 }

Java

Java JDK 1.2 版开始支持迭代器。每一个迭代器提供next()以及hasNext()方法,同时也支持remove()。

Iterator iter = list.iterator();
//Iterator<MyType> iter = list.iterator();    in J2SE 5.0
while (iter.hasNext())
    System.out.println(iter.next());

Python

Python中,迭代器是语言的基础部分,而在很多情况下是不可见的,因为它们隐含的用在了forforeach)语句、列表推导式生成器表达式之中。Python标准内置的所有搜集英语Collection (abstract data type)类型都支持迭代,还有很多支持它的类也是标准库的一部分。下面的例子展示典型的在序列(如列表、元组、字典、集合等)上的隐式迭代:

for value in sequence:
    print(value)

Python字典(某种形式的关联数组),在字典返回了键(key)的时候,可以直接在其上进行迭代:

for key in dictionary:
    value = dictionary[key]
    print(key, value)

或者在字典items方法产生元组形式的对应键-值对的时候,在其上进行迭代:

for key, value in dictionary.items():
    print(key, value)

但是迭代器也可以被显式的使用和定义。对于一个可迭代的序列类型或类,内置的函数iter()可用来建立一个迭代对象。接着可以通过next()函数对这个迭代对象进行迭代;这个函数在内部使用__next__()方法,它返回这个容器中的下一个元素。(前面的叙述适用于Python 3.x,在Python 2.x中要使用等价的next()方法。)当没有元素剩余的时候,引发StopIteration异常。下面的例子展示与前例等价的使用显式迭代器的在序列上的迭代:

it = iter(sequence)
while True:
    try:
        #value = it.next() # in Python 2.x
        value = next(it) # in Python 3.x
    except StopIteration:
        break
    print(value)

任何用户定义的类都可以通过定义返回迭代器对象的__iter__()方法,支持标准迭代(无论隐式还是显式)。接着迭代器对象需要定义返回下一个元素的__next__()方法。

Python生成器实现了这个迭代协议

Ruby

Ruby程序员可以用yield关键字定义迭代器,又将迭代器和生成器分开。

0..42.each do |n|
 puts n
end

...以及...

for n in 0..42
 puts n
end

Rust

使用Rust可以对向量的元素进行迭代,或者创建自己的迭代器。 每个迭代器都有适配器(map,filter,skip,take……)。

for n in 0..42 {
    println!("{}", n);
}

fibonacci()下面是一个自定义迭代器。

for i in fibonacci().skip(4).take(4) {
    println!("{}", i);
}

参见

引用

外部链接

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