C++ list模拟实现

list模拟实现代码：

namespace djx
{template<class T>struct list_node{T _data;list_node<T>* _prev;list_node<T>* _next;list_node(const T& x = T()):_data(x),_prev(nullptr),_next(nullptr){}};template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;Node* _node;__list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){return _head->_next;}iterator end(){return _head;}const_iterator begin()const{return _head->_next;}const_iterator end()const{return _head;}void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}list(){empty_init();}list(const list<T>& lt){empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}}void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;_size++;return newnode;}iterator erase(iterator pos){Node* cur = pos._node;Node* next = cur->_next;Node* prev = cur->_prev;delete cur;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return next;}size_t size(){return _size;}private:Node* _head;size_t _size;};
}

源码中的list实现为带头双向链表

 

list类的对象有两个成员：指向头结点的指针_head，统计数据个数的_size

在模拟实现list之前，需要先模拟实现结点类，迭代器类

结点类：三个成员，_data _prev _next，实现成struct（也是类，不过与class不同的是，它的成员都是公开的，都可以在类外访问），因为这三个成员，在迭代器类中都要使用访问，设it是迭代器，*it就会返回结点中值(_data)的引用，it++（要访问结点中的_next) ， it--（要访问结点中的_prev)

    template<class T>struct list_node{T _data;list_node<T>* _prev;list_node<T>* _next;list_node(const T& x = T())//x是匿名对象的引用，const延长了匿名对象的生命周期，x销毁，匿名对象才销毁，匿名对象会调用它的构造函数，完成初始化:_data(x),_prev(nullptr),_next(nullptr){}};

要写构造函数：list类中的push_back插入数据时，需要new一个结点，并传数值

                         调用构造函数时，若是直接使用编译器生成的默认构造函数，则无法传参

构造函数的参数设计成缺省参数：有传实参过来就使用此值，没有传参过来就用匿名对象去拷贝构造_data，使用匿名对象去拷贝构造_data的情形：list类中的无参构造函数-->让list中的成员变量_head指向一个new出来的头结点，头结点中不存储任何有效数据，故而new时无需传参

迭代器类：一个成员 _node（结点的指针）

设计成struct：在list类中设计insert和erase时，传参给它们的是iterator迭代器，我们要使用迭代器中的成员变量（结点的指针）即要访问迭代器中的成员，那么设计成struct会比设计成class类方便不少

list的迭代器与vector,string类不同，在模拟实现vector和string的迭代器时，它们可以用原生指针来实现，因为完美契合原生指针的行为，但是模拟实现list的迭代器时，它必须设计成一个类，是对原生指针的封装，原因：

若是list的迭代器就用原生指针来实现，那么*it（it是一个迭代器）得到的不是数据，而是结点

it++ 不能走向下一个数据，故而需要对原生指针进行封装，让*it得到数据，it++，走向下一个数据

template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;Node* _node;__list_iterator(Node* node)//要写带参的构造，因为在list类中实现begin()时，返回值的类型是迭代器，但是我们返回的可以是结点的指针，单参数的构造函数支持隐式类型转换，也可以是迭代器，但是此迭代器中的成员变量（结点的指针）需要和第一个结点的指针一样:_node(node){}Ref operator*()//Ref可以是T&（普通迭代器） const T& （const迭代器）{return _node->_data;}Ptr operator->()Ptr可以是T* (普通迭代器） const T* (const迭代器）{return &_node->_data;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int)//后置++{self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;//返回迭代器++之前的值}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int)//后置--{self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};

迭代器有非const对象调用的，也有const对象调用的，二者的区别仅仅是能否修改的问题，*迭代器返回的是数据的引用，const对象调用的迭代器返回的也是数据的引用，但是const修饰的

迭代器-> 返回的是数据的地址，const对象调用的迭代器返回的是const修饰的数据地址

(迭代器可以看作是模拟原生指针的行为，若是数据为自定义类型，那么迭代器->就可以访问到自定义类型对象中的成员，实际上看成是原生指针的迭代器-> 无法做到，但是对原生指针封装而出现的迭代器可以做到，只要迭代器->返回的是数据的指针，那么有了自定义类型对象指针，不就可以访问它里面的成员了吗）

综上来看，我们只需要写一份迭代器类的模板，根据实例化参数的不同，生成不同的迭代器

迭代器需要三个模板参数：T（迭代器类中的成员变量是结点的指针，结点实例化需要）

模板参数 Ref  : 迭代器类中重载*运算符所用，重载*运算符的函数要返回数据的引用，而若是const对象的迭代器解引用，就要用const去修饰返回值

模板参数Ptr ：迭代器类中重载->运算符所用，重载->运算符的函数返回数据的指针，而若是const对象的迭代器->，也要用const去修饰返回值

那么在list类中，设计普通迭代器，const对象调用的迭代器时，就可以用迭代器类的模板，实例化参数不同就会是完全不同的类型，普通迭代器用迭代器类的模板实例化，传参 T   T&   T*

const对象调用的迭代器用迭代器类的模板实例化，传参 T  const T&   const T*

构造函数：

1 无参的构造

    让list对象中的成员变量_head指向一个头指针（双向循环）

    参照源码list的实现：

 

        void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}list(){empty_init();}

2 拷贝构造（深拷贝）

        list(const list<T>& lt){empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}}

析构函数：

        ~list(){clear();delete _head;//释放头结点_head = nullptr;}void clear()//清除数据{iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}

赋值重载：

        void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}list<T>& operator=(list<T> lt)///lt是实参的深拷贝，lt销毁会释放掉原本由*this申请的空间{swap(lt);//交换*this和ltreturn *this;}

迭代器：

        typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){return _head->_next;}iterator end(){return _head;}const_iterator begin()const{return _head->_next;}const_iterator end()const{return _head;}

测试1：

void test1()
{djx::list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);djx::list<int>:: iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){*it += 20;cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;
}

测试2：

void test2()
{djx::list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);djx::list<int> lt1(lt);//拷贝构造for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;djx::list<int> lt2;lt2.push_back(100);lt2.push_back(200);lt2.push_back(300);lt2.push_back(400);lt2.push_back(500);lt1 = lt2;//赋值重载for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;}

 

 

插入：

 1 push_back

        void push_back(const T& x){insert(end(), x);}

2 push_front

        void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}

3 insert

        iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;//当前节点的指针Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;_size++;return newnode;//单参数的构造函数支持隐式类型转换//或者写成：iterator(newnode)}

删除：

1 pop_back

        void pop_back(){erase(--end());}

2 pop_front

        void pop_front(){erase(begin());}

3 erase

        iterator erase(iterator pos){Node* cur = pos._node;Node* next = cur->_next;Node* prev = cur->_prev;delete cur;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return next;//返回下一个数据的地址}

测试3：

struct AA
{AA(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){}int _a1;int _a2;
};void test3()
{djx::list<AA> lt;lt.push_back(AA(1, 1));lt.push_back(AA(2, 2));lt.push_back(AA(3, 3));djx::list<AA>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//cout << (*it)._a1 << " "<<(*it)._a2<<endl;cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;it++;}cout << endl;
}

题外：

 设计一个打印函数，打印任意list对象

template<typename T>//不可以用class
void print_list(const djx:: list<T>& lt)
{//list<T>未实例化的类模板，编译器不能去它里面去找//编译器就无法list<T>::const_iterator是内嵌类型，还是静态成员变量//前面加一个typename就是告诉编译器，这里是一个类型，等list<T>实例化，再去类里面找typename djx::list<T>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}

打印任意容器

template<typename Container>
void print_container(const Container& con)
{typename Container::const_iterator it = con.begin();while (it != con.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}

测试4：

void test4()
{djx::list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);print_list(lt);
}

测试5：

void test5()
{djx::list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);print_container(lt);djx::list<string> lt1;lt1.push_back("1111111111111");lt1.push_back("1111111111111");lt1.push_back("1111111111111");lt1.push_back("1111111111111");lt1.push_back("1111111111111");//print_list(lt1);print_container(lt1);vector<string> v;v.push_back("222222222222222222222");v.push_back("222222222222222222222");v.push_back("222222222222222222222");v.push_back("222222222222222222222");print_container(v);}