C++：模拟实现list

目录

节点

迭代器

整体框架

构造函数

empty_init

拷贝构造

赋值重载

析构函数

clear

insert

erase

push_back和push_front

pop_back和push_front

size

empty

Print_Container

---

节点

对于链表节点，我们需要一个数据、一个前驱指针、一个后继指针来维护，并且将其封装成一个类。

template<class T>
struct list_node
{T _data;list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;list_node(const T& data = T()):_data(data),_next(nullptr),_prev(nullptr){}
};

使用struct的原因是因为，struct默认的域作用限定符是public，方便后续使用，不用走友元的那一套。

迭代器

我们知道迭代器提供访问容器的方法，之前实现vector和string时，迭代器用的就是数据类型的指针，但是list不可以直接用。因为vector和string的数据在内存的存放都是连续的，如果想找下一个数据的指针（迭代器），直接（迭代器）指针++就可以了；但是list的数据存放在内存不是连续的，如果直接把指针当成迭代器，迭代器++是找不到下一个数据的迭代器。

所以综上所述，我们应该用类对链表数据类型的指针封装成迭代器，在类里重载操作符让其达到我们想要的效果。

当然，我们实现的迭代器应该有两个版本，普通版本和const版本。

//普通迭代器
template<class T>
struct list_iterator
{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T> Self;Node* _node;list_iterator(Node* node):_node(node){}T& operator*(){return _node->_data;}T* operator->(){return &_node->_data;}//前置++Self& operator++() {_node = _node->_next;return *this;}//后置++Self operator++(int){Self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}//前置--Self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}//后置--Self operator--(int){Self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const Self& it) const{return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it) const{return _node == it._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* node):_node(node){}const T& operator*(){return _node->_data;}const T* 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;}bool operator!=(const Self& it) const{return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it) const{return _node == it._node;}
};​

我们发现这两份代码，除了重载*和->有所不同，其余代码都是一样的，所以我们可以增加两个模板参数，将这两份代码合二为一。

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++() //前置++{_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& it) const{return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it) const{return _node == it._node;}
};

 增加Ref和Ptr模板参数，让T*和T&作为参数传入，这就可以解决将两份代码合二为一。

整体框架

​
​
template<class T>
class list
{typedef list_node<T> Node; 
public:/*typedef list_iterator<T> iterator;typedef list_const_iterator<T> const_iterator;*///将T&和T*作为参数传入typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){/*iterator it(_head->_next);return it;*///return iterator(_head->_next);//返回哨兵节点的下一个节点（第一个有效节点）//隐式类型转换return _head->_next;}iterator end(){//最后一个有效节点的下一位置，也就是哨兵节点return _head;}const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}//实现各种函数......private:Node* _head;size_t _size;
};​​

构造函数

empty_init

多种构造函数的代码都有重合，所以把重合部分独立成一个函数。

​
void empty_init()
{//创造哨兵节点_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;
}​

普通构造

普通构造就是创造哨兵节点，调用empty_init即可。

//普通构造
list()
{empty_init();
}

列表构造

C++11的用法，用法例子如下：

list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6 };

 先创造一个哨兵节点，然后将列表的元素尾插即可。

//列表构造
list(initializer_list<T> il)
{empty_init();for (auto& e : il){push_back(e);}
}

关于列表initializer_list<T>的知识，可以看以下连接。

介绍列表

拷贝构造

创建哨兵节点，将链表元素尾插到待构造的链表就完成拷贝构造了。

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

赋值重载

与临时对象lt交换即可，跟string、vector的实现类似。

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;
}

析构函数

clear

清理除了哨兵节点以外的所有节点。

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

先将链表clear掉，然后清理哨兵节点。  

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

insert

在pos（迭代器）位置前插入元素x，插入后_size++，返回新插入元素的迭代器。

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{Node* cur = pos._node; //pos是iterator类的对象，访问里面的成员变量用pos._node，不能用pos->_nodeNode* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;++_size;//隐式类型转换return newnode;
}

erase

删除pos位置的元素，删除后_size--，返回删除元素的下一元素的迭代器。

iterator erase(iterator pos)
{assert(pos != end());          //不能删掉哨兵位的节点Node* prev = pos._node->_prev;Node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._node; --_size;return next;
}

push_back和push_front

利用insert函数就可以实现尾插和头插。

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

pop_back和push_front

利用erase函数实现尾删和头删。

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

size

返回链表有效元素的个数.。

size_t size() const
{return _size;
}

empty

判断链表是否为空。

bool empty() const
{return _size == 0;
}

Print_Container

打印容器的函数。

template<class Container>
void Print_Container(const Container& con)
{//const对象要用const迭代器，这里没实现的话会报错/*auto it = con.begin();while (it != con.end()){cout << *it << " ";++it;}*/for (auto e : con){cout << e << " ";}cout << endl;
}

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拜拜，下期再见😏

摸鱼ing😴✨🎞