【C++】STL中List的基本功能的模拟实现

卫卫周大胖;2024-06-11 0:33

前言：在前面学习了STL中list的使用方法，现在我们就进一步的讲解List的一些基本功能的模拟实现，这一讲博主认为是最近比较难的一个地方，各位一起加油。

💖 博主CSDN主页:卫卫卫的个人主页 💞

👉 专栏分类:高质量Ｃ++学习 👈

💯代码仓库:卫卫周大胖的学习日记💫

💪关注博主和博主一起学习!一起努力！

目录标题

List的模拟实现

List三个基本类

前面我们提到过,list本质上就是一个带头双向循环链表，这里我们要实现list的功能就要实现三个类：

  1. 模拟实现结点类
  2. 模拟实现迭代器的类
  3. 模拟list主要功能的类

结点类接口的实现

这里如果对带头双向链表不太熟悉的小伙伴可以去看看博主之前的文章带头双向循环链表

cpp 复制代码 
template <class T>
struct ListNode//链表的主体
{
	ListNode<T>* _prev;//C++中可不写struct，直接用名定义
	ListNode<T>* _next;
	T _data;//存节点的值
	ListNode(const T& x = T())//这个地方在讲模拟实现vector的时候也讲了，需要查看的可以看看之前的博客
		:_next(nullptr)
		, _prev(nullptr)
		, _data(x)
	{}
};

看到这里很多小伙伴会有疑问为什么这里写的是ListNode*

  1. 在C++中是可以省略struct不写的，也就是说原本的样子应该是 struct ListNode * _prev
  2. 结构体模板或类模板在定义时可以不加 T，但 使用时必须加T

list的正向迭代器类的实现

cpp 复制代码 
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator//迭代器
{
   typedef ListNode<T> Node;
   typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;//T表示基本类型, Ref表示引用返回，Ptr指代指针返回
   Node* _node;//记录链表
   ListIterator(Node* node)//传过来的位置就是迭代器从哪个位置开始
}

这里大部分人会有因为为什么这里迭代器的模板会有三个参数?因为如果我们只是使用普通迭代器的话确实一个参数就够了，但是有的情况我们是需要使用const迭代器的，难道我们还要在写一个类来专门放 const类型的迭代器嘛？

而后文list类的模拟实现中，我对迭代器进行了两种typedef：

普通迭代器：typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;

const迭代器:typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

List正向迭代器的接口实现

构造函数

这里我们通过传过来的结点完成构造，让迭代器指向传过来结点的位置即可

cpp 复制代码 
ListIterator(Node* node)//传过来的位置就是迭代器从哪个位置开始
	:_node(node)
{
}

operator*运算符重载

前面我们说到过,Ref本质就是引用返回，无非就是const还是非const的类型的区分

cpp 复制代码 
Ref operator*()
{
	return _node->_data;
}

operator->运算符重载

至于为什么要写->的运算符重载，就是我们在list的使用的过程中传过去的不一定就是内置类型，还有可能是自定义类型(如下所示)

cpp 复制代码 
struct A
{
	int _a1;
	int _a2;
	
	A(int a1 = 0, int a2 = 0)
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}
};	
void test_list2()
{
	list<A> lt;
	A aa1(1, 1);
	A aa2 = { 1, 1 };
	lt.push_back(aa1);
	lt.push_back(aa2);
	lt.push_back(A(2, 2));
	lt.push_back({ 3, 3 });
	lt.push_back({ 4, 4 });


	list<A>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
		//本质上编译器会省略一个->,所以实际上写的是it->_A->_a1
		cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;

		++it;
	}
	cout << endl;
}
cpp 复制代码 
Ptr operator->()//本质上就是重载自定义类型，帮你找到内置类型，然后再找到内置类型的数据
{
	return &_node->_data;
}

operator前置++和--与后置++和--

这里我们提一下，对于前置++和后置++还有--等，我们主要传一个int类型的数据来进行区分

cpp 复制代码 
Self& operator++()//前置++
{
	_node = _node->_next;
	return *this;
}

Self operator++(int)//后置＋＋，加上int以便区分
{
	Self tmp(*this);//浅拷贝就行了
	_node = _node->_next;
	return tmp;
}

Self& operator--()//前置++
{
	_node = _node->_prev;
	return *this;
}

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

operator==与operator!=

代码思路：对于如何判断两个迭代器是否相等，我们只需要判断两个迭代器所指向的位置是否相等即可。

cpp 复制代码 
bool operator != (const Self& it)
{
	return _node != it._node;
}

bool operator == (const Self& it)
{
	return _node == it._node;
}

List类的接口的实现

代码思路:这里我们主要是通过两个迭代器帮助我们去遍历list,然后一个const迭代器是只读的作用，一个非const迭代器是即可读又可写的作用

cpp 复制代码 
template <class T>
class list//链表
{
	typedef ListNode<T> Node;
public:
	typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;//正向迭代器
	typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//const迭代器
private:
	Node* _head;
	size_t _size;//记录链表元素个数
};

构造函数

这里我们就采用双向带头链表的思路，初始化的时候让其的前驱指针和next指向他的哨兵位即可。

cpp 复制代码 
void empty_init()
{
	_head = new Node;
	_head->_next = _head;
	_head->_prev = _head;
	_size = 0;
}
list()//默认构造
{
	empty_init();
}

begin()和end(）

cpp 复制代码 
iterator begin()//begin应该是哨兵位的下一个结点
{
	return _head->_next;
}
iterator end()//因为是带头双向链表，所以通常没有尾部的这个说法，一般结束的时候就是在哨兵位这个结点就是尾结点
{
	return _head;
}

const_iterator begin()const//只读的版本
{
	return _head->_next;
}

const_iterator end() const
{
	return _head;
}

尾插函数- push_back(const T& x)

关于尾插这部分的内容，我们在之前数据结构那部分讲的挺详细的不懂的话可以看看博主之前的博客。

cpp 复制代码 
void push_back(const T& x)//尾插
{
	//insert(end(), x);
	Node* tail = _head->_prev;//找尾
	Node* newnode = new Node(x);//创建一个新的结点
	tail->_next = newnode;
	newnode->_prev = tail;
	//使newnode和头结点_head构成循环
	newnode->_next = _head;
}

insert(iterator pos, const T& val)插入（pos之前的位置）

这里我们会发现使用insert会改变了底层，会导致迭代器失效，所以使用的时候要及时更新迭代器。

cpp 复制代码 
void insert(iterator pos, const T& val)//插入
{
	Node* cur = pos._node;//找到当前结点的链表
	Node* newnode = new Node(val);
	Node* prev = cur->_prev;
	prev->_next = newnode;
	newnode->_prev = prev;
	newnode->_next = cur;
	cur->_prev = newnode;
	_size++;
}

push_front(const T& x)头插

这里我们可以顺带把尾插也给优化一下

cpp 复制代码 
void push_front(const T& x)//头插
{
	insert(begin(), x);
}
void push_back(const T& x)//尾插
{
	insert(end(), x);
}

iterator erase(iterator pos)删除pos位置的值

这里我们也需要注意的是，删除和插入数据都会导致迭代器失效，因此我们需要及时的更新迭代器

cpp 复制代码 
iterator erase(iterator pos)//删除会导致迭代器失效，故因此要返回迭代器的下一个位置
{
	assert(pos != end());
	Node* cur = pos._node;
	Node* prev = cur->_prev;
	Node* next = cur->_next;
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
	delete cur;
	_size--;
	return iterator(next);
}

尾删与头删

cpp 复制代码 
void pop_back()//尾删
{
	erase(end() - 1);
}

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

clear()清空list

cpp 复制代码 
void clear()
{
	iterator it = begin();//通过迭代器依次遍历清除
	while (it != end())
	{
		it = erase(it);
	}
}

size_t size() 查看链表元素

cpp 复制代码 
size_t size() const
{
	return _size;
}

bool empty()查看链表元素是否为空

cpp 复制代码 
bool empty()
{
	return _size == 0;
}

拷贝构造函数

代码思路：我们只需要对链表的元素依次尾插到新的链表中即可

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

析构函数

cpp 复制代码 
~list()//析构
{
	clear();
	delete _head;
	_head = nullptr;
}

swap函数 交换链表中的元素

cpp 复制代码 
void swap(list<T>& it)//it要被修改
{
	std::swap(_head, it._head);
	std::swap(_size, it._size);
}

operator=运算符重载

cpp 复制代码 
list<T>& operator=(list<T> it)
{
	swap(*this,it);
	return *this;
}

整体代码

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

namespace bit
{
	template <class T>
	struct ListNode//链表的主体
	{
		ListNode* _prev;//C++中可不写struct，直接用名定义
		ListNode* _next;
		T _data;
		ListNode(const T& x = T())
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _data(x)
		{}
	};

	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct ListIterator//迭代器
	{
		typedef ListNode<T> Node;
		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;//T表示基本类型, Ref表示引用返回，Ptr指代指针返回
		Node* _node;//记录链表
		ListIterator(Node* node)//传过来的位置就是迭代器从哪个位置开始
			:_node(node)
		{
		}

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

		// list<int>::ListIterator it;  it->data;
		//list<Data>::ListIterator it;  it->Data->data;
		Ptr operator->()//本质上就是重载自定义类型，帮你找到内置类型，然后再找到内置类型的数据
		{
			return &_node->_data;
		}

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

		Self operator++(int)//后置＋＋
		{
			Self tmp(*this);//浅拷贝就行了
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		Self& operator--()//前置++
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

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

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

		bool operator == (const Self& it)
		{
			return _node == it._node;
		}
	};


	template <class T>
	class list//链表
	{
		typedef ListNode<T> Node;
	public:
		typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef ListIterator<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()//默认构造
		{
			empty_init();
		}

		// lt2(lt1)
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		~list()//析构
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void swap(list<T>& it)//it要被修改
		{
			std::swap(_head, it._head);
			std::swap(_size, it._size);
		}

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

		void push_back(const T& x)//尾插
		{
			//insert(end(), x);
			Node* tail = _head->_prev;//找尾
			Node* newnode = new Node(x);//创建一个新的结点
			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			//使newnode和头结点_head构成循环
			newnode->_next = _head;
		}

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

		void insert(iterator pos, const T& val)//插入
		{
			Node* cur = pos._node;//找到当前结点的链表
			Node* newnode = new Node(val);
			Node* prev = cur->_prev;
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			_size++;
		}

		iterator erase(iterator pos)//删除会导致迭代器失效，故因此要返回迭代器的下一个位置
		{
			assert(pos != end());
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			_size--;
			return iterator(next);
		}
		
		void pop_back()//尾删
		{
			erase(end() - 1);
		}

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

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

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

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};

好啦，今天的内容就到这里啦，下期内容预告stl中stack和queue的使用与模拟实现.

结语：今天的内容就到这里吧，谢谢各位的观看，如果有讲的不好的地方也请各位多多指出，作者每一条评论都会读的，谢谢各位。

🌏🗺️ 这里祝各位接下来的每一天好运连连 💞💞

相关推荐
轻口味37 分钟前
命名空间与模块化概述
开发语言·前端·javascript
晓纪同学2 小时前
QT-简单视觉框架代码
开发语言·qt
威桑2 小时前
Qt SizePolicy详解：minimum 与 minimumExpanding 的区别
开发语言·qt·扩张策略
飞飞-躺着更舒服2 小时前
【QT】实现电子飞行显示器（简易版）
开发语言·qt
明月看潮生2 小时前
青少年编程与数学 02-004 Go语言Web编程 16课题、并发编程
开发语言·青少年编程·并发编程·编程与数学·goweb
明月看潮生2 小时前
青少年编程与数学 02-004 Go语言Web编程 17课题、静态文件
开发语言·青少年编程·编程与数学·goweb
Java Fans2 小时前
C# 中串口读取问题及解决方案
开发语言·c#
盛派网络小助手2 小时前
微信 SDK 更新 Sample，NCF 文档和模板更新，更多更新日志，欢迎解锁
开发语言·人工智能·后端·架构·c#
Chinese Red Guest2 小时前
python
开发语言·python·pygame
一棵星3 小时前
Java模拟Mqtt客户端连接Mqtt Broker
java·开发语言
热门推荐
01Cube-Studio：开源大模型全链路一站式中台02ARM学习（31）编译器对overlay方式的支持03玄机平台应急响应—webshell查杀04Ubuntu 20.04使用Livox mid 360 测试 FAST_LIO05校验 GPT-4 真实性的三个经典问题：快速区分 GPT-3.5 与 GPT-4，并提供免费测试网站06Docker 夺命连环 15 问07构建高效的广告投放系统：应用架构的设计与实现08基于大语言模型（LLM）的合成数据生成、策展和评估的综述09(欧拉)openEuler系统添加网卡文件配置流程、(欧拉)openEuler系统手动配置ipv6地址流程、(欧拉)openEuler系统网络管理说明10【一文读懂】NTN（非地面网络）技术介绍