C++的list

文章目录

• 节点类
• 迭代器类
• list类的实现
• 迭代器失效
• 总结

首先我们要理清list的结构,库里面的list是双向链表,我们要模拟实现时要特别注意链表的迭代器,因为链表的底层结构空间是不连续的,所以不像vector那样直接++就能找到下一个数据存放的地址。我们要想实现++或--这种,就要求我们要对迭代器进行重载,因此我们在实现时不仅要定义一个list类,还要定义一个迭代器类。此外,list中的成员变量是每一个节点,我们也要对定义一个节点类,节点中就存放对应的数据,以及前后指针。

节点类

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

	list_node(const T& val = T())
		:_next(nullptr)
		,_prev(nullptr)
		,_val(val)
	{

	}
};

节点类中存放的是数据,以及每一个节点的前后指针。

注意这里的构造函数给的默认值为val = T(),给了一个匿名对象,如果是自定义类型,它就会调用对应的自定义类型的构造函数,当它为内置类型时也会调用它对应的构造函数,这里你可能会有疑问,内置类型不是没有默认构造函数吗?这是因为C++11对这里进行了特殊处理,内置类型也给了默认构造函数。

迭代器类

//迭代器对象
//template <class T>
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
	typedef list_node<T> Node;
	//typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
	//typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> 		const_iterator;
	typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
	
	Node* _node;

	__list_iterator(Node* node)
		:_node(node)
	{

	}
	/*T& operator*()
	{
		return _node->_val;
	}*/

	Ref operator*()
	{
		return _node->_val;
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_val;
	}

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

	self& operator++(int)
	{
		__list_iterator<T> tmp(*this);
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}

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

	self& operator--(int)
	{
		__list_iterator<T> 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;
	}

};

初次看到这个迭代器类,你会感到很茫然,为什么要给三个模板参数,并且这三个模板参数,在学习后你发现这三个模板参数T都是相同的,不过是T,T*,T&,直接返回函数对应的这三个类型之一不就行了吗?为什么要给三个呢?

这是因为我们在定义const对象迭代器时,如果只给一个模板参数就不能达到我们的要求

typedef __list_iterator<T> iterator;
typedef const __list_iterator<T> const_iterator;

我们期望的是这个迭代器指向的内容不能发生改变,这样设计是让迭代器本身不能被修改,与我们的要求不符。

1.const T* p;

2.T* const p;

我们期望得到的是第一种结果,迭代器指针还要进行++或--等操作,如果直接在前面加const就是让这个指针的指向不能被改变,我们要做的是让p指向的内容不被改变,即*this不被改变。

因此我们在设计const迭代器时就要直接给参数列表,作为对应的返回类型。

list类的实现

定义节点为Node

typedef list_node<T> Node;

定义const迭代器和普通迭代器

typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

在定义对应类型的变量时,自动调用并实例化对应的迭代器类

template<class T>
class list
{
	typedef list_node<T> Node;
public:
	//typedef __list_iterator<T> iterator;
	typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
	typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
	//下面这样设计const迭代器是不行的,因为const迭代器期望指向的内容不能被修改,迭代器本身能被修改
	//typedef const list_node<T> const_iterator;

	void empty_init()
	{
		_head = new Node;
		_head->_prev = _head;
		_head->_next = _head;

		_size = 0;
	}

	list()
	{
		empty_init();
	}

	/*list(list<T>& lt)
	{
		empty_init();

		for (auto e : lt)
		{
			push_back(e);
		}
	}*/

	list(const list<T>& lt)
	{
		empty_init();

		for (auto& e : lt)
		{
			push_back(e);
		}
	}

	void swap(list<T> lt)
	{
		::swap(_head, lt._head);
		::swap(_size, lt._size);
	}

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

	~list()
	{
		clear();

		delete _head;
		_head = nullptr;
	}

	void clear()//清数据但不清哨兵位
	{
		iterator it = begin();
		while (it != end())
		{
			it = erase(it);
		}

		_size = 0;
	}

	iterator begin()
	{
		//return _head->_next;//两种都可以,这种属于单参数支持隐式类型转换
		return iterator(_head->_next);
	}

	iterator end()
	{
		//return _head->_prev;
		return iterator(_head);
	}

	const_iterator begin() const
	{
		//return _head->_next;//两种都可以,这种属于单参数支持隐式类型转换
		return const_iterator(_head->_next);
	}

	const_iterator end() const
	{
		//return _head->_prev;
		return const_iterator(_head);
	}

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

		newnode->_val = val;*/

		insert(end(), x);
	}

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

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

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

	//在pos之前插入
	iterator insert(iterator pos, const T& x)
	{
		Node* cur = pos._node;
		Node* prev = cur->_prev;
		Node* newnode = new Node(x);

		prev->_next = newnode;
		newnode->_next = cur;

		cur->_prev = newnode;
		newnode->_prev = prev;

		++_size;

		return newnode;
	}

	iterator erase(iterator pos)
	{
		assert(pos != end());
		Node* cur = pos._node;
		Node* prev = cur->_prev;
		Node* next = cur->_next;

		prev->_next = next;
		next->_prev = prev;

		--_size;

		delete cur;
		return next;
	}

	size_t size()
	{
		return _size;
	}


private:
	Node* _head;//指向头结点
	size_t _size;
};

//template<typename T>
void Print(const list<int>& lt)
{
	sw::list<int>::const_iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。

总结

list中成员变量是头节点指针以及节点个数_size,因此我们要声明一个节点类,每个节点中放的是当前节点的数据值和前后指向的指针,在对list成员函数进行实现时要用到迭代器,以往我们的迭代器不需要再单独实现,因为那时的数据结构底层的地址是连续的,可以对指针进行直接++或--,因此我们要额外实现迭代器,而迭代器分为const迭代器和普通迭代器,如果我们直接选择在迭代器本身前加const,就是让迭代器本身不能进行++或--,而我们想要的是迭代器这个指针指向的内容不被改变,而不是这个迭代器指针指向不能被改变,因此这样是行不通的,所以我们选择多个模板参数,且这些模板参数有const的和普通的,再把这些类typedef成const_iterator和_iterator,在选择对应的类时,就会去实例化出相应的类。