如何在C++17中为自定义包装类实现迭代器遍历

一、基础遍历的实现方式 #

要让Wrapper支持begin()/end()遍历，直接转发底层容器的迭代器即可，代码如下：

class Wrapper {
public:
    Wrapper() = default;
    std::vector<int> vec;

    // 非const版本迭代器，供非const对象使用
    auto begin() noexcept { return vec.begin(); }
    auto end() noexcept { return vec.end(); }

    // const版本迭代器，供const对象使用
    auto begin() const noexcept { return vec.begin(); }
    auto end() const noexcept { return vec.end(); }
};

此时你就能像示例中那样用std::for_each或者范围for循环遍历Wrapper实例。

二、最小实现要求 #

如果只需要支持最基础的正向遍历（比如std::for_each、范围for），仅需实现四个成员函数：

• 非const的begin()和end()
• const的begin()和end()

这四个函数是让类符合可迭代范围的最小要求，C++17的标准算法只要拿到合法的迭代器对就能正常工作。

三、适配所有标准算法的完整实现 #

要让Wrapper完全适配所有标准库算法，需要补充以下内容：

1. 反向迭代器支持 #

实现rbegin()/rend()的非const和const版本，支持std::reverse这类反向遍历的算法：

auto rbegin() noexcept { return vec.rbegin(); }
auto rend() noexcept { return vec.rend(); }
auto rbegin() const noexcept { return vec.rbegin(); }
auto rend() const noexcept { return vec.rend(); }

2. 迭代器关联类型定义 #

虽然C++17的auto返回值能让编译器推导迭代器类型，但为了适配依赖容器关联类型的模板代码，最好在Wrapper内定义和底层容器一致的关联类型：

class Wrapper {
public:
    using value_type = typename std::vector<int>::value_type;
    using reference = typename std::vector<int>::reference;
    using const_reference = typename std::vector<int>::const_reference;
    using iterator = typename std::vector<int>::iterator;
    using const_iterator = typename std::vector<int>::const_iterator;
    using reverse_iterator = typename std::vector<int>::reverse_iterator;
    using const_reverse_iterator = typename std::vector<int>::const_reverse_iterator;
    using size_type = typename std::vector<int>::size_type;
    using difference_type = typename std::vector<int>::difference_type;

    // ... 其他成员函数 ...
};

3. 容器属性相关成员函数 #

补充这些函数以支持需要容器元信息的算法：

size_type size() const noexcept { return vec.size(); }
bool empty() const noexcept { return vec.empty(); }
int* data() noexcept { return vec.data(); }
const int* data() const noexcept { return vec.data(); }

其中size()支持std::fill_n这类需要长度的算法，empty()供很多算法做前置检查，data()支持直接内存访问的优化版算法（比如std::copy）。

4. 可选扩展接口 #

如果需要支持更完整的容器操作（比如插入、删除元素），可以继续转发底层容器的成员函数，比如push_back()、insert()、erase()等，但这不属于适配标准算法的强制要求，仅用于扩展类功能。

四、通用封装扩展（可选） #

如果想让Wrapper能封装任意标准容器（不限于std::vector<int>），可以改成模板类：

template <typename Container = std::vector<int>>
class Wrapper {
public:
    using container_type = Container;
    using value_type = typename Container::value_type;
    using reference = typename Container::reference;
    using const_reference = typename Container::const_reference;
    using iterator = typename Container::iterator;
    using const_iterator = typename Container::const_iterator;
    using reverse_iterator = typename Container::reverse_iterator;
    using const_reverse_iterator = typename Container::const_reverse_iterator;
    using size_type = typename Container::size_type;
    using difference_type = typename Container::difference_type;

    Wrapper() = default;
    Container cont;

    auto begin() noexcept { return cont.begin(); }
    auto end() noexcept { return cont.end(); }
    auto begin() const noexcept { return cont.begin(); }
    auto end() const noexcept { return cont.end(); }
    auto rbegin() noexcept { return cont.rbegin(); }
    auto rend() noexcept { return cont.rend(); }
    auto rbegin() const noexcept { return cont.rbegin(); }
    auto rend() const noexcept { return cont.rend(); }

    size_type size() const noexcept { return cont.size(); }
    bool empty() const noexcept { return cont.empty(); }
    auto data() noexcept { return cont.data(); }
    auto data() const noexcept { return cont.data(); }
};

这样Wrapper就可以封装std::list、std::deque等任意标准容器。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TheMemeMachine