【C++】手撕 list类（包含迭代器）

目录

1，list的介绍及使用

2，list_node

3，list_node()

3，list

4，list()

5，push_back(const T& x)

6，print()

7，_list_iterator

8，operator*()

9，begin()

10，end()

11，operator->()

12，operator++()

13，operator++(int)

14，operator--()

15，operator--(int)

16，operator==(const sefl& s)

17，operator!=(const sefl& s)

18，_list_const_iterator

19，list(iterator first, iterator last)

20，begin()const

21，end()const

22，list(const list& lt)

23，operator=(list lt)

24，insert(iterator pos, const T& x)

25，erase(iterator pos)

26，clear()

27，~list()

28，push_front(const T& x)

29，pop_front()

30，pop_back()

31，源代码

32，总结

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1，list的介绍及使用

1，list 是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。

2，list 的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。

3，list 与 forward_list 非常相似：最主要的不同在于 forward_list 是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。

4，与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。

5，与其他序列式容器相比，list 和 forward_list 最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问 list 的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list 还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)

2，list_node

结点的结构体框架

template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T data;};

因为是双向循环链表，需要一个上指针 _prev，下指针 _next，还有数据 data；

3，list_node()

对结点进行初始化

		list_node(const T& x = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), data(x){}

然后还要将其初始化，指针为空，数据为内置类型初始化的值；

3，list

链表结构框架

	template <class T>class list{typedef list_node<T> node;public:private:node* _head;};

链表是带头结点的，所以我们需要一个哨兵位头结点；

4，list()

对链表初始化

		void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}

因为我们是双向循环链表，所以我们的下一个结点和上一个结点都是指向自己的，形成一个环；

5，push_back(const T& x)

尾插

		void push_back(const T& x){node* tail = _head->_prev;node* newnode = new node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;}

我们先找到尾结点（tail），申请一个新结点，然后就插入其中；

6，print()

打印数据

		void print(){node* cur = _head->_next;while (cur != _head){cout << cur->data << " ";cur = cur->_next;}}

哨兵位头结点本身是没有数据的，所以要从下一个结点开始

	void test1(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);lt1.print();}

也是没有任何问题的

7，_list_iterator

迭代器的框架和初始化

template<class T,class ref,class ptr>struct _list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T,ref,ptr> sefl;node* _node;_list_iterator(node* n):_node(n){}}

有人会好奇，为什么模板里面有三个参数，现在先不急下面会进行分晓的；

指向结点的迭代器嘛，底层类型就是指针；

初始化也是一样，传来什么就是什么；

8，operator*()

迭代器解引用取值

		ref operator*(){return _node->data;}

ref 其实就是 T&；

9，begin()

找头结点

		iterator begin(){return iterator(_head->_next);}

直接返回构造完后的结果；

10，end()

最后一个结点的下一个位置

		iterator end(){return iterator(_head);}

然后我们就可以试一下迭代器打印了；

	void print_list(const list<int>& lt){list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test1(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);print_list(lt1);}

11，operator->()

迭代器箭头指向取值

		ptr operator->(){return &_node->data;}

返回的是 data 的地址，ptr 是 T* ；

12，operator++()

迭代器前置＋＋

		sefl& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}

sefl 是  _list_iterator<T,ref,ptr>；

13，operator++(int)

迭代器后置＋＋

		sefl operator++(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}

返回的是之前的值，但其实已经改变了；

14，operator--()

迭代器前置 - -

		sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}

15，operator--(int)

迭代器后置 - -

		sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}

16，operator==(const sefl& s)

迭代器判断相等

		bool  operator==(const sefl& s){return _node == s._node;}

判断迭代器是否相等比较 _node 就可以了；

17，operator!=(const sefl& s)

判断是否不相等

		bool operator!=(const sefl& s){return _node != s._node;}

18，_list_const_iterator

然后这个是 const 迭代器版本的，这里我就不一个一个写了；

template<class T>struct _list_const_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_const_iterator<T> sefl;node* _node;_list_const_iterator(node* n):_node(n){}const T& operator*(){return _node->data;}sefl& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}sefl operator++(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool  operator==(const sefl& s){return _node == s._node;}bool operator!=(const sefl& s){return _node != s._node;}};

其实吧，_list_const_iterator 跟 _list_iterator 就是内部函数参数的返回值不同罢了，我们可以用模板参数来实例化，这样就不用写两个迭代器了；

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;

在 list 下面这样操作就可以了，普通迭代器模板一个版本，const 迭代器模板内的参数加上const就可以了，等调用的时候编译器会自动匹配的；

19，list(iterator first, iterator last)

迭代器区间构造

		template<class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}

20，begin()const

const 版本取头结点

		const_iterator begin()const{return const_iterator(_head->_next);}

21，end()const

const 版本取尾结点的下一个位置

		const_iterator end()const{return const_iterator(_head);}

22，list(const list<T>& lt)

拷贝构造

		void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& lt){empty_init();list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());swap(tmp);}

先把要拷贝的区间信息构造另一个 list ，然后再与 this 指针的 _head哨兵位头结点进行交换即可；

23，operator=(list<T> lt)

赋值

		list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}

24，insert(iterator pos, const T& x)

插入

		void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* newnode = new node(x);prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;}

定义前一个结点，和本身的结点，然后再进行插入即可；

	void test3(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);auto pos = find(lt1.begin(), lt1.end(), 3);lt1.insert(pos, 9);print_list(lt1);}

25，erase(iterator pos)

擦除

		iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* next = pos._node->_next;node* tail = pos._node->_prev;tail->_next = next;next->_prev = tail;delete pos._node;return iterator(next);}

先断言一下，哨兵位结点是不能擦除的；

然后找到前一个结点，后一个结点，在进行互相绑定；

在释放要删除的空间；

26，clear()

清除

		void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it=erase(it);}}

27，~list()

析构函数

		~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}

先清空结点，然后再是否哨兵位头结点置空即可；

28，push_front(const T& x)

头插

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

直接用 insert 插入更加方便；

29，pop_front()

头删

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

30，pop_back()

尾删

		void pop_back(){erase(_head->_prev);}

31，源代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T data;list_node(const T& x = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), data(x){}};template<class T,class ref,class ptr>struct _list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T,ref,ptr> sefl;node* _node;_list_iterator(node* n):_node(n){}ref operator*(){return _node->data;}ptr operator->(){return &_node->data;}sefl& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}sefl operator++(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool  operator==(const sefl& s){return _node == s._node;}bool operator!=(const sefl& 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;void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}template<class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}void push_back(const T& x){node* tail = _head->_prev;node* newnode = new node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;}iterator begin(){return iterator(_head->_next);}const_iterator begin()const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end()const{return const_iterator(_head);}void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& lt){empty_init();list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());swap(tmp);}list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* newnode = new node(x);prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* next = pos._node->_next;node* tail = pos._node->_prev;tail->_next = next;next->_prev = tail;delete pos._node;return iterator(next);}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it=erase(it);}}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(_head->_prev);}void pop_front(){erase(begin());}void print(){node* cur = _head->_next;while (cur != _head){cout << cur->data << " ";cur = cur->_next;}}private:node* _head;};

32，总结

我们就先搞一个大概的，其中还有很多分支，比如我们写的是擦除某个数据，其实也可以擦除某个范围，这些就靠大家去摸索，查阅文档了；

list 类的实现就到这里了；

加油！