【C++】list的模拟实现

1.list 底层

list为任意位置插入删除的容器，底层为带头双向循环链表

begin() 代表第一个结点，end()代表最后一个结点的下一个

2. list的模拟实现

1. list_node 类设计

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

C++中，Listnode作为类名，而next和prev都是类指针，指针引用成员时使用->，而对象引用成员时使用 .
通过显示实例化，将两个类指针指定类型为T

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2. list类如何调用类型

Listnode 代表类型
Listnode 代表类名 + 模板参数 才是类型
而_head 以及创建新节点前都需加上类型

3 .push_back(正常实现)

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

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当我们想要创建一个节点时，需要调用node的构造函数
typedef list_node node ，node是由 list_node 类提供的

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list_node(const T& x=T())//list类的构造函数:_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}

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最好在构造函数处提供全缺省，对于内置类型int可以使用0，但对于自定义类型来说就不可以，所以为了满足泛型的要求，使用匿名对象调用默认构造函数

4. 迭代器的实现

若在数组上有一个int类型的指针，解引用是int类型的数据，再++可以加载下一个位置，因为物理空间是连续的

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同样若在链表上，解引用类型为 node，再++不能到下一个节点，因为物理空间不连续
所以构造迭代器通过封装节点的指针来进行构造 (后面会讲)

第一个模板参数T

创建一个_list_iterator的类，来实现迭代器功能

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template<class T>struct _list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T> self;node* _node;_list_iterator(node* n):_node(n){}T& operator*()//解引用 {return _node->_data;}_list_iterator<T>& operator++()//返回迭代器{_node = _node->_next;//指向下一个节点return *this;}bool operator!=(const self&s){return _node != s._node;}};

在list类中，调用迭代器实现begin()和end()功能
typedef _list_iterator<T,T&,T*> iterator，
通过typedef 将_list_node类模板定义为iterator

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iterator begin(){return iterator(_head->_next);//通过匿名对象访问第一个数据}iterator end(){return iterator(_head);//通过匿名对象访问最后一个数据的下一个}

在list类中实现begin()和end()，内部调用_list_node类的构造函数

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const迭代器

假设第一个代表的是T * ，而第二个代表的 T * const，保护迭代器本身不可以被修改，而我们想要保护迭代器指向的内容不可被修改即 const T*

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复制_list_iterator类中的内容，并将名字修改为const_list_iterator
只需修改*operator类型为cosnt T& ，说明解引用后的数据返回不能被修改

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template<class T>struct _list_const_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_const_iterator<T> self;node* _node;_list_const_iterator(node* n):_node(n){}const T& operator*()//解引用 {return _node->_data;}self& operator++()//前置++{_node = _node->_next;//指向下一个节点return *this;}self& operator++(int)//后置++{self ret = *this;_node = _node->_next;return ret;}self& operator--()//前置--{_node = _node->_prev;return *this;}self& operator--(int)//后置--{self ret = *this;_node = _node->_prev;return ret;}bool operator!=(const self& s)//!={return _node != s._node;}bool operator==(const self& s)//=={return _node == s._node;}};

第二个模板参数Ref

迭代器和const迭代器只有 *operator 的返回值不同，
只需在模板中添加一个参数即可使用一个迭代器实现迭代器和const 迭代器的功能

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第三个模板参数Ptr

对于内置类型int使用解引用找到对应数据，而自定义类型需使用->寻找下一个节点

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AA作为自定义类型，想要找到下一个节点需要使用->，在迭代器中 重载 - >

it->_a1，实际上是 it->->_a1，
it->返回值为AA* ,再通过这个指针使用->指向_a1
但是为了增强可读性，省略了一个->
it->_a1 实际上为 it.operator->()->._a1

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对list封装的理解

在不考虑封装的情况下，两者等价

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从物理空间上来看，it与pnode都是指向1的地址

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pnode作为一个原生指针，解引用指针就会拿到这个地址，找到这个地址指向空间的内容
++pnode，找到下一个节点的地址，但是下一个节点不一定是要的节点
*it 识别成为自定义类型就会调用函数

5. insert

void insert(iterator pos,const T&x)//在pos位置前插入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;}

6.push_back与 push_front(复用)

两者都可以通过复用 insert的方式实现

void push_back(const T&x)//尾插{/*node* tail = _head->_prev;node* newnode = new node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;*/insert(end(), x);}void push_front(const T&x)//头插{insert(begin(), x);}

7. erase

void erase(iterator pos)//删除pos位置{//头节点不可以删除assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* next = cur->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;}

由于头节点不可以删除，所以使用assert断言的方式

8. pop_back与pop_front (复用)

                void pop_back()//尾删{erase(--end());}void pop_front()//头删{erase(begin());}

9. clear 清空数据

void clear()//清空数据//但是要注意不要把head清掉{iterator it = begin();while (it != end()){it=erase(it);//为了防止迭代器失效设置返回值//返回值为当前节点的下一个}}

迭代器失效是指迭代器所指向的节点失效 即节点被删除了
erase函数执行后，it所指向的节点被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给it赋值

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为了防止迭代器失效所以使erase设置返回值，返回值为当前节点的下一个

10. 迭代器区间构造

void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}
template <class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}

想要尾插的前提时，需要有头节点的存在，所以设置一个函数对头节点初始化

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12. 拷贝构造

传统写法

void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}
list(const list<T>& It)//拷贝构造  传统写法{empty_init();//初始化头节点for (auto e : It){push_back(e);}}

现代写法

void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& It)//拷贝构造现代写法{empty_init();//将头节点初始化list<T> tmp(It.begin(), It.end());swap(tmp);}

通过调用std中的swap来达到交换的目的

13. 赋值

void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}
list<T>& operator=(list<T> It){swap(It);return *this;}

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参数不可以使用 list &，虽然可以达到赋值的目的，但是It的值也会发生改变

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3.完整代码

#include<iostream>
#include<list>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace yzq
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _data;list_node(const T& x=T())//构造函数:_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}};//迭代器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* n):_node(n){}Ref operator*()//解引用 {return _node->_data;}Ptr operator->()//->{return &_node->_data;}self& operator++()//前置++{_node = _node->_next;//指向下一个节点return *this;}self& operator++(int)//后置++{self ret = *this;_node = _node->_next;return ret;}self& operator--()//前置--{_node = _node->_prev;return *this;}self& operator--(int)//后置--{self ret = *this;_node = _node->_prev;return ret;}bool operator!=(const self&s)//!={return _node != s._node;}bool operator==(const self& s)//=={return _node == s._node;}};//const迭代器//template<class T>//struct _list_const_iterator//{//	typedef list_node<T> node;//	typedef _list_const_iterator<T> self;//	node* _node;//	_list_const_iterator(node* n)//		:_node(n)//	{//	}//	const T& operator*()//解引用 //	{//		return _node->_data;//	}//	self& operator++()//前置++//	{//		_node = _node->_next;//指向下一个节点//		return *this;//	}//	self& operator++(int)//后置++//	{//		self ret = *this;//		_node = _node->_next;//		return ret;//	}//	self& operator--()//前置--//	{//		_node = _node->_prev;//		return *this;//	}//	self& operator--(int)//后置--//	{//		self ret = *this;//		_node = _node->_prev;//		return ret;//	}//	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;//const迭代器//typedef _list_const_iterator<T> const_iterator;void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list()//构造函数{empty_init();}template <class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}//list(const list<T>& It)//拷贝构造//{//	empty_init();//初始化头节点//	for (auto e : It)//	{//		push_back(e);//	}//}void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& It)//拷贝构造现代写法{empty_init();//将头节点初始化list<T> tmp(It.begin(), It.end());swap(tmp);}list<T>& operator=(list<T> It)//赋值{swap(It);return *this;}~list()//析构函数{//将头节点也要释放掉clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear()//清空数据//但是要注意不要把head清掉{iterator it = begin();while (it != end()){it=erase(it);//为了防止迭代器失效设置返回值//返回值为当前节点的下一个}}void push_back(const T&x)//尾插{/*node* tail = _head->_prev;node* newnode = new node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;*/insert(end(), x);}void push_front(const T&x)//头插{insert(begin(), x);}void insert(iterator pos,const T&x)//在pos位置前插入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)//删除pos位置{//头节点不可以删除assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* next = cur->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);}void pop_back()//尾删{erase(--end());}void pop_front()//头删{erase(begin());}iterator begin(){return iterator(_head->_next);//通过匿名对象访问第一个数据}iterator end(){return iterator(_head);//通过匿名对象访问最后一个数据的下一个}const_iterator begin()const{return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end()const{return const_iterator(_head);}private:node* _head;};/*void test(const list<int>&e){list<int>::const_iterator it = e.begin();while (it != e.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test2(){const list<int> v;test(v);}*///void test1()//{//	list<int> v;//	v.push_back(1);//	v.push_back(2);//	v.push_back(3);//	v.push_back(4);//	list<int>::iterator it= v.begin();//	while (it != v.end())//	{//		cout << *it << " ";//		++it;//	}//	cout << endl;//}/*struct AA{int	_a1;int _a2;AA(int a1=0,int a2=0):_a1(a1),_a2(a2){}};*//*void test3(){list<AA>v;v.push_back(AA(1, 1));v.push_back(AA(2, 2));v.push_back(AA(3, 3));list<AA>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << it->_a1 << " :"<<it->_a2<<" ";cout << endl;it++;}}*///void test4()//{//	list<int> v;//	v.push_back(1);//	v.push_back(2);//	v.push_back(3);//	v.push_back(4);// 1 2 3 4//	for (auto e : v)//	{//		cout << e << " ";//	}//	cout << endl;//	v.clear();//	v.push_back(4);//  4//	for (auto e : v)//	{//		cout << e << " ";//	}//}//void test4()//{//	list<int> v;//	v.push_back(1);//	v.push_back(2);//	v.push_back(3);//	v.push_back(4);// 1 2 3 4//	for (auto e : v)//	{//		cout << e << " ";//	}//	cout << endl;//	list<int> v2(v);//	for (auto e : v2)// 1 2 3 4//	{//		cout << e << " ";//	}//}void test4(){list<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);//v1 = 1 2list<int> v2;v2.push_back(5);v2.push_back(6);//v2=5 6v2 = v;for (auto e : v2)// v2=1 2 {cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : v)// v1=1 2{cout << e << " ";}}
}	int main()
{yzq::test4();return 0;
}