Iteratoren

Teil des Abschnitts Objektorientierte Programmierung der C++-Journey von Coddy. Lektion 72 von 104.

Iteratoren sind Objekte, die als Brücke zwischen Containern und Algorithmen dienen. Sie bieten eine einheitliche Möglichkeit, auf Elemente in jedem Container zuzugreifen, unabhängig davon, wie dieser Container seine Daten intern speichert. Stell dir einen Iterator als einen verallgemeinerten Zeiger vor, der weiß, wie er sich durch einen Container bewegt.

Jeder STL-Container stellt die Methoden begin() und end() bereit. Der Iterator begin() zeigt auf das erste Element, während end() auf die Position direkt hinter dem letzten Element zeigt – ein Sentinel, der markiert, wo angehalten werden soll:

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> nums = {10, 20, 30};
    
    for (std::vector<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";  // Dereferenzieren, um den Wert zu erhalten
    }
    // Ausgabe: 10 20 30
}

Das Schlüsselwort auto vereinfacht Deklarationen von Iteratoren erheblich:

for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
    *it *= 2;  // Elemente über Iterator modifizieren
}
// nums ist jetzt {20, 40, 60}

Iteratoren gibt es je nach ihren Fähigkeiten in verschiedenen Kategorien. Iteratoren mit wahlfreiem Zugriff (wie die aus vector) unterstützen arithmetische Operationen wie it + 3 oder it1 - it2.

Bidirektionale Iteratoren (aus list, map) können sich mit ++ und -- vorwärts und rückwärts bewegen. Vorwärts-Iteratoren können sich nur in eine Richtung bewegen.

Für die Rückwärtsdurchlaufung verwende rbegin() und rend():

for (auto rit = nums.rbegin(); rit != nums.rend(); ++rit) {
    std::cout << *rit << " ";  // Gibt in umgekehrter Reihenfolge aus
}

Aufgabe

Einfach

Erstellen wir ein Bestandsverfolgungssystem, das Iteratoren verwendet, um Sammlungen von Artikeln zu durchlaufen und zu bearbeiten. Du übst, verschiedene Iteratortypen zu verwenden, um Daten auf unterschiedliche Weise zu durchlaufen.

Du organisierst deinen Code auf zwei Dateien:

Inventory.h: Definiere eine Inventory-Klasse, die eine Sammlung von Artikelmengen verwaltet, die in einem std::vector<int> gespeichert sind.
Deine Klasse sollte diese Methoden bereitstellen:
- addItem(int quantity): fügt dem Bestand eine Artikelmenge hinzu
- printForward(): verwendet Iteratoren mit begin() und end(), um alle Mengen durch Leerzeichen getrennt auszugeben, gefolgt von einem Zeilenumbruch
- printReverse(): verwendet umgekehrte Iteratoren mit rbegin() und rend(), um alle Mengen in umgekehrter Reihenfolge durch Leerzeichen getrennt auszugeben, gefolgt von einem Zeilenumbruch
- doubleAll(): verwendet Iteratoren, um den Vektor zu durchlaufen und jede Menge direkt zu verdoppeln
- getTotal(): verwendet Iteratoren, um die Summe aller Mengen zu berechnen und zurückzugeben
Verwende das Schlüsselwort auto für deine Iterator-Deklarationen, damit der Code übersichtlich bleibt.
main.cpp: Lies vier ganzzahlige Eingaben ein, jeweils eine pro Zeile, die Artikelmengen darstellen.
Erstelle ein Inventory-Objekt und füge alle vier Mengen hinzu. Demonstriere anschließend die Verwendung von Iteratoren, indem du:
1. Forward: ausgibst und danach printForward() aufrufst
2. Reverse: ausgibst und danach printReverse() aufrufst
3. Total: <sum> mithilfe von getTotal() ausgibst
4. doubleAll() aufrufst, um die Mengen zu ändern
5. After doubling: ausgibst und danach printForward() aufrufst
6. New total: <sum> mithilfe von getTotal() ausgibst

Beispiel: Bei den Eingaben 10, 25, 15 und 30:

Forward: 10 25 15 30 
Reverse: 30 15 25 10 
Total: 80
After doubling: 20 50 30 60 
New total: 160

Mit dieser Aufgabe kannst du sowohl das Lesen von Elementen mithilfe von Iteratoren (zum Ausgeben und Addieren) als auch das Ändern von Elementen mithilfe von Iteratoren (zum Verdoppeln) üben. Außerdem siehst du, wie umgekehrte Iteratoren das Durchlaufen in umgekehrter Richtung ohne jegliche Indexbearbeitung vereinfachen.

Probier es selbst

#include <iostream>
#include "Inventory.h"

using namespace std;

int main() {
    // Lies vier Ganzzahl-Eingaben
    int q1, q2, q3, q4;
    cin >> q1;
    cin >> q2;
    cin >> q3;
    cin >> q4;

    // TODO: Erstelle ein Inventory-Objekt

    // TODO: Füge alle vier Mengen zum Inventar hinzu

    // TODO: Gib "Forward: " aus und rufe dann printForward() auf

    // TODO: Gib "Reverse: " aus und rufe dann printReverse() auf

    // TODO: Gib "Total: " gefolgt vom Ergebnis von getTotal() aus

    // TODO: Rufe doubleAll() auf, um die Mengen zu ändern

    // TODO: Print "After doubling: " then call printForward()

    // TODO: Gib "New total: " gefolgt vom Ergebnis von getTotal() aus

    return 0;
}