STL - 반복자 (Iterator) (with.C++)
반복자, 흔히 이터레이터(Iterator)라 불리는 이것은 STL(Standard Template Library)에서 매우 중요한 역할을 합니다.
(이후 반복자라는 단어 보다는 이터레이터라는 단어를 사용하겠습니다.)
이터레이터는 컨테이너에 저장된 데이터를 순회하여 각 데이터에 대한 접근을 제공하는 객체입니다.
단순히 array나 vector와 같은 컨테이너만 배웠다면, index로 접근하면 되지 왜 이터레이터가 필요한지 의문이 들 수 있겠지만, list나 map과 같은 컨테이너를 순차적으로 탐색하기 위해서는 각 컨테이너에 대한 구조 파악과 함께 순회 방법을 직접 작성해야 할 것입니다.
하지만, 이 이터레이터를 사용하면 컨테이너의 내부 구조에 관계없이 일관된 방식으로 요소에 접근할 수 있습니다.
Iterator의 주요 특징
1. 일반화된 접근
우선, 다양한 종류의 컨테이너에 대해 동일한 방식으로 탐색하거나 접근할 수 있는 방안이 필요할 것입니다.
예를 들어, 모든 이터레이터는 ++로 다음 요소로 이동, *로 요소에 접근하는 방법을 제공합니다.
2. 알고리즘과의 호환성
STL의 주요 구성 요소로는 데이터를 저장하는 컨테이너, 데이터에 접근하는 이터레이터, 데이터를 처리하는 알고리즘이 있습니다.
이때, 이터레이터는 컨테이너와 알고리즘 사이를 연결해주는 중요한 역할을 하므로, 다양한 STL 알고리즘에 대해서도 일관된 방식으로 데이터에 접근하고 조작할 수 있는 방법이 필요 할 것입니다.
예를 들어, 정렬, 검색 또는 변환과 같은 알고리즘들은 이터레이터를 통해 컨테이너의 데이터에 접근합니다. 이 과정에서 이터레이터는 필요한 연산(예: 비교 연산, 대입 연산)을 수행할 수 있도록 해당 연산자를 지원해야 합니다.
3. 다양한 종류
이터레이터는 다양한 방식의 탐색을 위해 다양한 종류의 이터레이터를 제공합니다.
예를 들어, 순서 대로 탐색하기 위한 순방향 이터레이터나, 그 반대로 역순으로 탐색하기 위한 역방향 이터레이터도 제공됩니다.
Iterator의 종류
이론상 이터레이터는 다음과 같은 종류들이 있습니다.
- 입력 이터레이터(input iterator)
- 가장 단순한 형태의 이터레이터로 읽기 전용 이터레이터입니다.
- 한 방향으로만 이동할 수 있으며, 각 요소를 한 번씩만 읽습니다.
- 출력 이터레이터(output iterator)
- 입력 이터레이터와는 반대로, 컨테이너의 값을 변경하기만 하는 용도로, 쓰기 전용 이터레이터입니다.
- 이 역시 한 방향으로만 이동할 수 있으며, 각 요소를 한 번씩만 읽습니다.
- 순방향 이터레이터(forward iterator)
- 읽기와 쓰기가 가능한 이터레이터입니다.
- 한 방향으로만 이동 할 수 있습니다.
- 양방향 이터레이터(bidirectional iterator)
- 읽기와 쓰기 모두 가능하며,
- 양 방향으로 이동할 수 있습니다. (
++,- -)
- 임의 접근 이터레이터(random access iterator)
- 최상위 레벨의 이터레이터로 가장 많은 기능을 제공하는 이터레이터입니다.
- 양방향 이터레이터의 모든 기능을 포함하며(읽기와 쓰기가 가능하며, 양 방향으로 이동),
- 배열과 유사하게 임의 위치의 요소에 접근할 수 있습니다.
- 역방향 이터레이터(reverse iterator)
- 읽기와 쓰기가 가능한 이터레이터입니다.
- 순회시 역순으로 순회합니다.
- 스트림 이터레이터(stream iterator)
- 입력 또는 출력 스트림과 연결되어, 스트림에 데이터를 읽거나 쓰는 데 사용됩니다.
- 삽입 이터레이터(insert iterator)
- 일반적인 이터레이터들은 요소를 직접 가리키기 때문에, 삽입이 아니라 덮어쓰기가 되지만, 이 이터레이터는 특정 위치에 요소를 삽입하는 데 사용됩니다.
- 상수 이터레이터(constant iterator)
- 이터레이터가 가리키는 값을 상수화 시켜 읽기 전용으로 접근합니다.
다음은 C++에서 사용되는 Iterator를 나름대로 정리 해봤습니다.
1. 순방향 Iterator
순방향 이터레이터는 읽기와 쓰기가 가능하며 한 방향으로만 이동 할 수 있습니다.
C++의 순방향 이터레이터는 forward_list를 통해 확인할 수 있습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
#include <iterator>
#include <forward_list>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
forward_list<int> flst = { 1, 2, 3 };
forward_list<int>::iterator it2 = flst.begin();
it2++;
// it2--; // 단방향 이터레이터는 -- 연산자를 지원하지 않음
*it2 = 4;
cout << "*it2 = " << *it2 << endl; // *it2 = 4
}
2. 양방향 iterator와 역 양방향 Iterator
양방향 이터레이터는 읽기와 쓰기 모두 가능하며, 양 방향으로 이동할 수 있습니다. (++, --)
또한, 역방향으로 탐색 가능한 컨테이너는 역방향 iterator도 지원합니다.
C++의 양방향 이터레이터는 list를 통해 확인할 수 있습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#include <iterator>
#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
list<int> lst = { 1, 2, 3 };
list<int>::iterator it1 = lst.begin();
list<int>::reverse_iterator rit1 = lst.rbegin();
it1++; it1--;
rit1++; rit1--;
//cout << "it1[2] = " << it1[2] << endl; // 임의 접근 불가능
cout << "*it1 = " << *it1 << endl; // *it1 = 1
}
3. 임의 접근 Iterator와 역방향 임의 접근 Iterator
임의 접근 이터레이터는 읽기와 쓰기가 가능하며, 양 방향으로 이동 할 수 있습니다.
또한, 임의 접근 가능한 컨테이너에서 배열과 유사하게 임의 위치의 요소에 접근할 수 있습니다.
C++의 임의 접근 이터레이터는 vector를 통해 확인할 수 있습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#include <iterator>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> vec = { 1, 2, 3 };
vector<int>::iterator it = vec.begin();
vector<int>::reverse_iterator rit = vec.rbegin();
it++; it--;
cout << "it[2] = " << it[2] << endl;
rit++; rit--;
cout << "rit[2] = " << rit[2] << endl;
}
4. 입•출력 스트림 Iterator
입력 스트림 이터레이터(istream_iterator)와 출력 스트림 이터레이터(ostream_iterator)는 스트림과 상호작용하는 데 사용되는 이터레이터입니다.
istream_iterator는 입력 스트림(예: std::cin)에서 데이터를 읽는 데 사용됩니다.
이 이터레이터를 사용하면 스트림에서 데이터를 읽어 컨테이너에 저장하거나, 알고리즘에 직접 전달할 수 있습니다.
반대로, ostream_iterator는 출력 스트림(예: std::cout)에 데이터를 쓰는 데 사용됩니다.
이 이터레이터를 사용하면 컨테이너의 내용을 스트림에 쉽게 출력할 수 있습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
#include <iterator>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
istream_iterator<int> in_it(cin);
cout << "in_it = " << *in_it << endl;
ostream_iterator<int> out_it(cout, " (out_it)\n");
*out_it = 1;
*out_it = 2;
}
위 코드는 표준 입력(cin)에서 정수를 하나 읽어 in_it를 통해 접근하고 *in_it를 통해 출력합니다.
그리고, cout을 사용하여 출력 스트림에 정수 값을 씁니다. 첫 번째 줄은 1을 출력하고, 두 번째 줄은 2를 출력합니다. 각 출력 후에는 지정한 구분자인 " (out_it)\n" 문자열이 추가됩니다.
5. 삽입 Iterator
삽입 이터레이터는 특정 위치에 요소를 삽입하는 데 사용됩니다.
대부분의 컨테이너에서 지원되지만, std::array(크기가 고정된 것)와 같이 삽입이 제한된 컨테이너에서의 사용은 조심해야 합니다.
다음은 C++에서 vector를 사용한 삽입 Iterator의 예제입니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#include <iterator>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> vec = { 1, 2, 3 };
vector<int>::iterator it = vec.begin();
insert_iterator<vector<int>> iit(vec, vec.begin() + 1);
*iit = 4;
for (it = vec.begin(); it != vec.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
} // 1 4 2 3
}
6. 상수 Iterator
상수 이터레이터는 이터레이터가 가리키는 값을 상수화 시켜 읽기 전용으로 접근합니다.
C++에서는 대부분의 이터레이터가 지원되는 컨테이너에 같이 정의되어 있습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
#include <iterator>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> vec = { 1, 2, 3 };
vector<int>::const_iterator cit = vec.cbegin();
vector<int>::const_reverse_iterator crit = vec.crbegin();
cit++; cit--;
// *cit = 4; // cit는 상수 이터레이터라서 쓰기가 불가능
cout << "cit[2] = " << cit[2] << endl;
crit++; crit--;
// *crit = 4; // crit는 상수 이터레이터라서 쓰기가 불가능
cout << "crit[2] = " << crit[2] << endl;
}