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迭代器

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迭代器（英語：iterator），是使用戶可在容器物件（container，例如鏈表或陣列）上遍訪的物件[1][2][3]，設計人員使用此介面無需關心容器物件的內存分配的實現細節。其行為很像數據庫技術中的游標（cursor），迭代器最早出現在1974年設計的CLU編程語言中。

在各種語言實作迭代器的方式皆不盡同，有些物件導向語言像Java、C#、Ruby、Python、Delphi都已將迭代器的特性內建語言當中，完美的跟語言整合，我們稱之隱式迭代器。但像是C++語言本身就沒有迭代器的特色，但STL仍利用模板實作了功能強大的迭代器。STL容器的數據的內存地址可能會重新分配（reallocate），與容器綁定的迭代器仍然可以定位到重新分配後的正確的內存地址。

描述

內部迭代器

內部的迭代器是高階函數（通常接受匿名函數），比如map、 reduce等，它實現跨經一個容器的遍歷，依次將給定函數應用到每個元素。

外部迭代器和迭代器模式

主條目：迭代器模式

外部的迭代器可以被認為是某種類型的指針，它有兩個主要操作：引用在一個對象搜集（英語：Collection (abstract data type)）（collection）中的一個特定元素（稱為元素訪問），和修改自身使其指向下一個元素（稱為元素遍歷）[4]。還必須有一種方式建立迭代器並指向容器的第一個元素，還要有某種方式確定何時迭代器已經窮盡了容器中所有的元素。依據語言和意向用途，迭代器還可以提供額外的操作或展示不同的行為。

迭代器的主要用途是允許用戶處理一個容器的所有元素，而將用戶隔離於容器的內部結構[2]。這允許容器以任何它希望的方式存儲元素，而允許用戶把它們看作就是簡單的序列或列表。迭代器類通常設計為緊密協作於對應的容器類。容器類通常提供建立迭代器的方法。

循環計數器有時也被稱為循環迭代器。但是循環計數器只提供遍歷功能而不提供訪問功能。

生成器

主條目：生成器 (計算機編程)

實現迭代器的一種方式是使用受限形式的協程，也叫做生成器。不同於子例程，生成器協程可以向它的調用者多次產生返回值，而非只是返回一次。多數迭代器可自然的表達為生成器，但是因為生成器在被多次啟用之間保存了自己的局部狀態，它們特別適合於複雜的、有狀態的迭代器，比如樹遍歷器。在不同的作者和語言之間，術語「生成器」和「迭代器」的用法上有微妙的差異和區別[5]。有些語言將二者視為同一介面，有些語言如JavaScript[6]則將之獨立化。在Python中，生成器是一個迭代器構造器，即返回一個迭代器的函數。下面的Python生成器返回一個斐波那契數列的迭代器，使用到了Python的yield語句： 

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)
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隱式迭代器

一些面向對象語言比如C#、C++（後期版本）、 Delphi（後期版本）、Go、Java（後期版本）、Lua、Perl、Python、Ruby，提供了迭代一個容器對象的元素的內置方式，而不用介入一個顯式的迭代器對象。實際的迭代器對象可以在現實中存在，即便如此，它也不被暴露在這個語言的源代碼中[4][7]。

隱式迭代器經常通過foreach語句（或等價者）來顯現出來，比如下面的Python例子： 

for value in iterable:
    print(value)

在Python中，可迭代者（iterable）是可以被轉換成迭代器的一個對象，接着在這個for循環期間從頭至尾迭代它，這是隱含完成的。

在Smalltalk家族語言和受其啟發的語言中，它們可以由搜集（collection）對象自身建立。比如下面Ruby例子： 

iterable.each do |value|
  puts value
end

這種迭代風格有時叫做「內部迭代」，因為它的代碼完全執行在可迭代對象的上下文（context）之內（它控制迭代的所有方面），而編程者只提供在每個步驟要執行的運算操作（使用匿名函數）。

支持列表推導式或類似構造的語言，還可以在結果列表的構造期間使用隱式迭代器，比如在Python中： 

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

有時隱式迭代只能做到部份的隱藏實質。C++語言有一些用於隱式迭代的函數模板，比如for_each()。這些函數仍要求顯式的迭代器對象作為它們的初始輸入，但是後續的迭代不將迭代器對象暴露給用戶。

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串流

更多資訊：字串流

迭代器是對輸入串流的一種有用的抽象，串流提供了潛在的無限可迭代的（但不必然可索引）的對象。一些語言，比如Perl和Python，將串流實現為迭代器。串流的可替代的實現包括數據驅動語言，比如AWK和sed。

迭代器分類

迭代器範疇

迭代器可以依據功能而歸類，下面是迭代器範疇的一個（不完全）列表[8][9]:

更多信息 範疇, 語言 ...

迭代器類型

不同的語言或它們所具有的函數庫定義了自己的迭代器的類型，下面是一個（不完全）列表[11]：

更多信息 類型, 語言 ...

語言範例

C#

在C#中，一種新形式的迭代器提供了函數語言程式設計中的生成器，使用yield return

類似於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++的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 版開始支持迭代器。每一個迭代器提供next()以及hasNext()方法，同時也支持remove()。 

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

Python

在Python中，迭代器是語言的基礎部份，而在很多情況下是不可見的，因為它們隱含的用在了for（foreach）語句、列表推導式和生成器表達式之中。Python標準內建的所有搜集（英語：Collection (abstract data type)）類型都支持迭代，還有很多支持它的類也是標準庫的一部分。下面的例子展示典型的在序列（如列表、元組、字典、集合等）上的隱式迭代： 

for value in sequence:
    print(value)

Python字典（某種形式的關聯數組），在字典返回了鍵（key）的時候，可以直接在其上進行迭代： 

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

或者在字典items方法產生元組形式的對應鍵-值對的時候，在其上進行迭代： 

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

但是迭代器也可以被顯式的使用和定義。對於一個可迭代的序列類型或類，內建的函數iter()可用來建立一個迭代對象。接着可以通過next()函數對這個迭代對象進行迭代；這個函數在內部使用__next__()方法，它返回這個容器中的下一個元素。（前面的敘述適用於Python 3.x，在Python 2.x中要使用等價的next()方法。）當沒有元素剩餘的時候，引發StopIteration異常。下面的例子展示與前例等價的使用顯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)

任何用戶定義的類都可以通過定義返回迭代器對象的__iter__()方法，支持標準迭代（無論隱式還是顯式）。接着迭代器對象需要定義返回下一個元素的__next__()方法。

Python生成器實現了這個迭代協議。

Ruby

Ruby程序員可以用yield關鍵字定義迭代器，又將迭代器和生成器分開。 

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

...以及... 

for n in 0..42
 puts n
end

Rust

使用Rust可以對向量的元素進行迭代，或者創建自己的迭代器。每個迭代器都有適配器(map，filter，skip，take……)。 

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

fibonacci()下面是一個自定義迭代器。 

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

參見

引用

外部連結

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