迭代器

迭代器（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，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遊標（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**
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：引用在一個對象蒐集（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）。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。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**
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。有些語言將二者視為同一介面，有些語言如JavaScript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):  # 這個生成器構造了一個迭代器
print(number)

**隱式迭代器**
一些面嚮對象語言比如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。
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，接著在這個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，它們可以由蒐集（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。

**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:

**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：

**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 GetEven(IEnumerable numbers)
{
foreach(int i in numbers)
{
if (i % 2 == 0) yield return i;
}
}

**C++**
C++的STL可支持迭代器。
template
void printall(InputIterator first, InputIterator last)
{
for(; first != last; ++first)
{
std::cout 

**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 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標準內建的所有蒐集類型都支持迭代，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 = dictionarykey
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。接著可以通過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）。接著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**
 Iteratee- 設計模式 (計算機)- 迭代- 迭代器模式- 範圍- 訪問者模式- 指標 (電腦科學)

**引用**

**外部連結**
 Article " Understanding and Using Iterators date=20100515221523 " by Joshua Gatcomb- Article " A Technique for Generic Iteration and Its Optimization date=20200709144601 " (217 KB) by Stephen M. Watt-  Overview of the Standard Template Library date=20060813162032 -  STL Iterators date=20210213140820 -  What are iterators? -  Reference description date=20130315084550 -  Java interface date=20100728123815 -  Template reference-  Boost C++ Iterator Library date=20041009145549 -  PHP: Object Iteration date=20181221000954