Qt学习之路第39篇遍历容器

兰博

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上一节我们大致了解了有关存储容器的相关内容。对于所有的容器，最常用的操作就是遍历。本章我们将详细了解有关遍历器的内容。

尽管这个问题不是本章需要考虑的，但是我们还是需要来解释下，为什么要有遍历器。没有遍历器时，如果我们需要向外界提供一个列表，我们通常会将其返回：

QList intlist() const
{
return list;
}

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这么做的问题是：向用户暴露了集合的内部实现。用户知道，原来你用的就是一个 QList 啊~那我就可以向里面增加东西了，或者修改其中的内容。有时这不是我们所期望的。很多时候，我们只是想提供用户一个集合，只允许用户知道这个集合中有什么，而不是对它进行修改。为此，我们希望有这么一种对象：通过它就能够提供一种通用的访问集合元素的方法，不管底层的集合是链表还是散列，都可以通过这种对象实现。这就是遍历器。

Qt 的容器类提供了两种风格的遍历器：Java 风格和 STL 风格。这两种风格的遍历器在通过非 const 函数对集合进行修改时都是不可用的。

Java 风格的遍历器

Java 风格的遍历器是在 Qt4 首先引入的，是 Qt 应用程序首先推荐使用的形式。这种风格比起 STL 风格的遍历器更方便。方便的代价就是不如后者高效。它们的 API 非常类似于 Java 的遍历器类，故名。

每一种容器都有两种 Java 风格的遍历器：一种提供只读访问，一种提供读写访问：

容器	只读遍历器	读写遍历器
QList, QQueue	QListIterator	QMutableListIterator
QLinkedList	QLinkedListIterator	QMutableLinkedListIterator
QVector, QStack	QVectorIterator	QMutableVectorIterator
QSet	QSetIterator	QMutableSetIterator
QMap, QMultiMap	QMapIterator	QMutableMapIterator
QHash, QMultiHash	QHashIterator	QMutableHashIterator

这里我们只讨论 QList 和 QMap 的遍历器。QLinkedList、QVector 和 QSet 的遍历器接口与 QList 的是一样的；QHash 遍历器的接口则同 QMap 是一样的。

不同于下面我们将要介绍的 STL 风格的遍历器，Java 风格的遍历器指向的是两个元素之间的位置，而不是指向元素本身。因此，它们可能会指向集合第一个元素之前的位置，也可能指向集合的最后一个元素之后的位置，如下图所示：

我们通过下面的代码看看如何使用这种遍历器：

QList list;
list << "A" << "B" << "C" << "D";
QListIterator i(list);
while (i.hasNext()) {
qDebug() << i.next();
}

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首先，我们使用 list 对象创建一个遍历器。刚刚创建完成时，该遍历器位于第一个元素之前（也就是 A 之前）。我们通过调用 hasNext() 函数判断遍历器之后的位置上有无元素。如果有，调用 next() 函数将遍历器跳过其后的元素。next() 函数返回刚刚跳过的元素。当然，我们也可以使用 hasPrevious() 和 previous() 函数来从尾部开始遍历，详细内容可以参考 API 文档。

QListIterator 是只读遍历器，不能插入或者删除数据。如果需要这些操作，我们可以使用 QMutableListIterator。来看下面的代码：

QMutableListIterator i(list);
while (i.hasNext()) {
if (i.next() % 2 != 0) {
i.remove();
}
}

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这段代码使用 QMutableListIterator 遍历集合，如果其值是奇数则将其删除。在每次循环中都要调用 next() 函数。正如前面所说，它会跳过其后的一个元素。remove() 函数会删除我们刚刚跳过的元素。调用 remove() 函数并不会将遍历器置位不可用，因此我们可以连续调用这个函数。向前遍历也是类似的，这里不再赘述。

如果我们需要修改已经存在的元素，使用 setValue() 函数。例如：

QMutableListIterator i(list);
while (i.hasNext()) {
if (i.next() > 128) {
i.setValue(128);
}
}

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如同 remove() 函数，setValue() 也是对刚刚跳过的元素进行操作。实际上，next() 函数返回的是集合元素的非 const 引用，因此我们根本不需要调用 setValue() 函数：

QMutableListIterator i(list);
while (i.hasNext()) {
i.next() *= 2;
}

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QMapItrator 也是类似的。例如，使用 QMapItrator 我们可以将数据从 QMap 复制到 QHash：

QMap map;
QHash hash;
QMapIterator i(map);
while (i.hasNext()) {
i.next();
hash.insert(i.key(), i.value());
}

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STL 风格的遍历器

STL 风格的遍历器从 Qt 2.0 就开始提供。这种遍历器能够兼容 Qt 和 STL 的通用算法，并且为速度进行了优化。同 Java 风格遍历器类似，Qt 也提供了两种 STL 风格的遍历器：一种是只读访问，一种是读写访问。我们推荐尽可能使用只读访问，因为它们要比读写访问的遍历器快一些。

容器	只读遍历器	读写遍历器
QList, QQueue	QList::const_iterator	QList::iterator
QLinkedList	QLinkedList::const_iterator	QLinkedList::iterator
QVector, QStack	QVector::const_iterator	QVector::iterator
QSet	QSet::const_iterator	QSet::iterator
QMap, QMultiMap	QMap::const_iterator	QMap::iterator
QHash, QMultiHash	QHash::const_iterator	QHash::iterator

STL 风格的遍历器具有类似数组指针的行为。例如，我们可以使用 ++ 运算符让遍历器移动到下一个元素，使用 * 运算符获取遍历器所指的元素。对于 QVector 和 QStack，虽然它们是在连续内存区存储元素，遍历器类型是 typedef T*，const_iterator 类型则是 typedef const T *。

我们还是以 QList 和 QMap 为例，理由如上。下面是有关 QList 的相关代码：

QList list;
list << "A" << "B" << "C" << "D";
QList::iterator i;
for (i = list.begin(); i != list.end(); ++i) {
*i = (*i).toLower();
}

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不同于 Java 风格遍历器，STL 风格遍历器直接指向元素本身。容器的 begin() 函数返回指向该容器第一个元素的遍历器；end() 函数返回指向该容器最后一个元素之后的元素的遍历器。end() 实际是一个非法位置，永远不可达。这是为跳出循环做的一个虚元素。如果集合是空的，begin() 等于 end()，我们就不能执行循环。

下图是 STL 风格遍历器的示意图：

我们使用 const_iterator 进行只读访问，例如：

QList::const_iterator i;
for (i = list.constBegin(); i != list.constEnd(); ++i) {
qDebug() << *i;
}

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QMap 和 QHash 的遍历器，* 运算符返回集合键值对。下面的代码，我们打印出 QMap 的所有元素：

QMap map;
QMap::const_iterator i;
for (i = map.constBegin(); i != map.constEnd(); ++i) {
qDebug() << i.key() << ":" << i.value();
}

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由于有隐式数据共享（我们会在后面的章节介绍该部分内容），即使一个函数返回集合中元素的值也不会有很大的代价。Qt API 包含了很多以值的形式返回 QList 或 QStringList 的函数（例如 QSplitter::sizes()）。如果你希望使用 STL 风格的遍历器遍历这样的元素，应该使用容器的拷贝，例如：

// 正确的方式
const QList sizes = splitter->sizes();
QList::const_iterator i;
for (i = sizes.begin(); i != sizes.end(); ++i)
...
// 错误的方式
QList::const_iterator i;
for (i = splitter->sizes().begin();
i != splitter->sizes().end(); ++i)
...

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这个问题不存在于那些返回集合的 const 或非 const 引用的函数。隐式数据共享对 STL 风格遍历器造成的另外影响是，在容器上运行着非 const 遍历器的时候，不能对容器进行拷贝。Java 风格的遍历器没有这个问题。

foreach 关键字

如果我们仅仅想要遍历集合所有元素，我们可以使用 Qt 的 foreach 关键字。这个关键字是 Qt 特有的，通过预处理器进行处理。C++ 11 也提供了自己的 foreach 关键字，不过与此还是有区别的。

foreach 的语法是 foreach (variable, container)。例如，我们使用 foreach 对 QLinkedList 进行遍历：

QLinkedList list;
...
QString str;
foreach (str, list) {
qDebug() << str;
}

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这段代码与下面是等价的：

QLinkedList list;
...
QLinkedListIterator i(list);
while (i.hasNext()) {
qDebug() << i.next();
}

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如果类型名中带有逗号，比如 QPair，我们只能像上面一样，先创建一个对象，然后使用 foreach 关键字。如果没有逗号，则可以直接在 foreach 关键字中使用新的对象，例如：

QLinkedList list;
...
foreach (const QString &str, list) {
qDebug() << str;
}

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Qt 会在 foreach 循环时自动拷贝容器。这意味着，如果在遍历时修改集合，对于正在进行的遍历是没有影响的。即使不修改容器，拷贝也是会发生的。但是由于存在隐式数据共享，这种拷贝还是非常迅速的。

因为 foreach 创建了集合的拷贝，使用集合的非 const 引用也不能实际修改原始集合，所修改的只是这个拷贝。

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