迭代器

迭代器（），是使用户可在容器物件（，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内存分配的实现细节。其行为很像数据库技术中的游標（），迭代器最早出现在1974年设计的CLU编程语言中。

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，可稱之為隱式迭代器。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

 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map、 reduce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（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）。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。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。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）、Go、Java（后期版本）、Lua、Perl、Python、Ruby，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。

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。

在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份的隐藏实质。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。

串流

迭代器是对输入串流的一种有用的抽象，串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，将串流实现为迭代器。串流的可替代的实现包括数据驱动语言，比如AWK和sed。

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:

 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)

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：

 类型  语言 数组迭代器  PHP, R  缓存迭代器  PHP 常量迭代器  C++, 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, R 递归数组迭代器  PHP XML迭代器  PHP

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，迭代器是语言的基础部份，而在很多情况下是不可见的，因为它们隐含的用在了for（foreach）语句、列表推导式和生成器表达式之中。Python标准内建的所有类型都支持迭代，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，内建的函数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()
        value = next(it)
    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程序員可以用yield關鍵字定義迭代器，又將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);
}

 參見 

 设计模式 (计算机)
 迭代
 迭代器模式

 访问者模式
 指標 (電腦科學)

 引用 

 外部連結 

 Article "Understanding and Using Iterators " by Joshua Gatcomb
 Article "A Technique for Generic Iteration and Its Optimization " (217 KB) by Stephen M. Watt
 Overview of the Standard Template Library 
 STL Iterators 
 What are iterators? - Reference description 
 Java interface 
 Template reference
 Boost C++ Iterator Library 
 PHP: Object Iteration 

I
Category:抽象数据类型
Category:编程中的迭代