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上期我们学写了list的基本操作，本期我们将学习list的模拟实现。
list的逻辑结构
list是一个带头结点的双向循环链表。
构造函数
cpp
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}这是一个无参的构造函数。
cpp
template<class inputiterator>
list(inputiterator begin, inputiterator end)
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (begin != end)
{
push_back(*begin);
++begin;
}
}这是用迭代器区间进行初始化的构造函数。
cpp
list(int n, const T& data = T())
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (n != 0)
{
push_back(data);
n--;
}
}初始化链表的n个节点，使它们的每个结点的数据为data的值。
拷贝构造函数
cpp
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
std::swap(_head, tmp._head);
}这是拷贝构造函数的现代写法，通过使用迭代器区间构造函数构造了一个list的临时对象，然后交换了临时对象和当前对象的头结点指针，前提是得保证当前结点的头指针不为空，不然到时候调用析构函数时会将同一空间释放两次，导致出错。
赋值运算符重载
cpp
list<T>& operator= (const list<T>lt)
{
std:swap(_head,lt._head);
return *this;
}先通过拷贝构造函数生成了一个临时对象，然后再交换了临时对象和当前对象的头结点指针。
返回迭代器的初始位置
cpp
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}迭代器的初始位置就是头结点的下一位置。
返回迭代器的最终位置
cpp
iterator end()
{
return iterator(_head);
}迭代器的最终位置为最后一个元素的下一位置，即头结点的位置。
元素的插入
cpp
iterator 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;
return iterator(newnode);
}表示在当前位置之前插入一个元素，但是当前位置必须为迭代器类型。
元素的插入会导致迭代器失效吗？
不会，因为插入元素之后会及时更改迭代器中节点指针的指向。
头插
cpp
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
在头节点之前插入元素，复用了插入函数。
尾插
cpp
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}在最后一个元素的后面插入元素，复用了插入函数。
删除元素
cpp
iterator erase(iterator pos)
{
//前提是不能删除掉头结点
assert(pos != end());
Node* prev =pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
delete pos._node;
pos._node = nullptr;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}删除某一位置之后，返回的是当前位置的下一位置的迭代器。
元素的删除会导致迭代器失效吗？
会，因为删除掉当前位置之后，当前迭代器的节点指针会被释放。迭代器的节点都被释放了，所以迭代器自然会失效。
头删
cpp
void pop_back()
{
erase(--end());
}尾删
cpp
void pop_back()
{
erase(--end());
}清空整个链表
cpp
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it);
it++;
}
}删除除头结点之外的所有节点。
析构函数
cpp
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}析构函数会清空整个链表的信息，所以头结点指针也会被释放。
正向迭代器
正向迭代器，其实就是从前往后进行链表元素的遍历。
cpp
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
//构造函数
list_iterator<T,Ref,Ptr>(Node* node)
:_node(node)
{
}
//解引用操作
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
//->操作，返回迭代器中的节点指针指向的数据的地址
Ptr 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;
}
//赋值运算符重载，浅拷贝
self& operator=(const self& iterator)
{
_node = iterator._node;
return *this;
}
//判断是否相等
bool operator ==(const self& iterator) const
{
return _node == iterator._node;
}
bool operator !=(const self& iterator) const
{
return _node != iterator._node;
}
Node* _node;
};list的迭代器和vector的迭代器是不同的，vector的迭代器类型是指针类型，即内置类型。而list的迭代器类型是自定义类型。
反向迭代器
反向迭代器即从后往前进行链表元素的遍历。
cpp
namespace yjd {
template<class iterator,class Ref,class Ptr>
class reverse_iterator
{
public:
typedef reverse_iterator<iterator, Ref, Ptr> self;
//构造函数
reverse_iterator(iterator it)
:_it(it)
{
}
//解引用操作
Ref operator*()
{
iterator prev = _it;
return *(--prev);
}
//->
Ptr operator->()
{
iterator prev = _it;
return &(--prev);
}
//++
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
//--
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
//判断是否相等
bool operator!=(const self & rit) const
{
return _it != rit._it;
}
private:
iterator _it;
};
}
正向迭代器和返现迭代器的开始和结束位置刚好是相对的。反向迭代器的本质仍然是正向迭代器。反向迭代器的++为正向迭代器的--。
虽然说返现迭代器的开始和结束如图如上图所示，但是我们真正在访问的时候并不是访问所示位置的元素，而是访问其前一个位置的元素，比如要访问rbgin位置的元素，则要让正向迭代器进行--访问最后一个位置的元素。
整体代码
list.h
cpp
#pragma once
#include<assert.h>
#include"reverse_iterator.h"
namespace yjd
{
//节点类型
template<class T>
struct ListNode {
ListNode* _next;
ListNode* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data=T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_data(data)
{
}
};
//链表的迭代器类型
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
//构造函数
list_iterator<T,Ref,Ptr>(Node* node)
:_node(node)
{
}
//解引用操作
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
//->操作，返回迭代器中的节点指针指向的数据的地址
Ptr 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;
}
//赋值运算符重载，浅拷贝
self& operator=(const self& iterator)
{
_node = iterator._node;
return *this;
}
//判断是否相等
bool operator ==(const self& iterator) const
{
return _node == iterator._node;
}
bool operator !=(const self& iterator) const
{
return _node != iterator._node;
}
Node* _node;
};
//链表类型
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
//构造函数
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//构造函数，迭代器区间进行构造
template<class inputiterator>
list(inputiterator begin, inputiterator end)
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (begin != end)
{
push_back(*begin);
++begin;
}
}
//拷贝构造
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
std::swap(_head, tmp._head);
}
//赋值运算符重载
list<T>& operator= (const list<T>lt)
{
std:swap(_head,lt._head);
return *this;
}
//构造函数n个data
list(int n, const T& data = T())
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (n != 0)
{
push_back(data);
n--;
}
}
//尾插
//void push_back(const T& data)
//{
// Node* newnode = new Node(data);
// Node* tail = _head->_prev;
// tail->_next = newnode;
// newnode->_prev = tail;
// newnode->_next = _head;
// _head->_prev = newnode;
//}
//
//rbegin
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
//rend
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
//begin
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
//end
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
//begin
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
//end
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
//元素的插入,在pos位置之前插入元素
iterator 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;
return iterator(newnode);
}
//list的头插和尾插，可以复用insert,插入元素之后我们更改的是节点的指针，所以不会涉及到迭代器失效
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
//链表删除某一位置元素，删除某一位置的元素，迭代器会失效吗？会失效，因为删除掉元素之后，会释放节点的指针，节点的指针都被释放了，迭代器自然也就没有意义了
iterator erase(iterator pos)
{
//前提是不能删除掉头结点
assert(pos != end());
Node* prev =pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
delete pos._node;
pos._node = nullptr;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
//list的尾删头删
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
//list整个的删除，这个删除是删除所有的有效的节点
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it);
it++;
}
}
//析构函数
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
Node* _head;
};
}reverse_iterator.h
cpp
#pragma once
namespace yjd {
template<class iterator,class Ref,class Ptr>
class reverse_iterator
{
public:
typedef reverse_iterator<iterator, Ref, Ptr> self;
//构造函数
reverse_iterator(iterator it)
:_it(it)
{
}
//解引用操作
Ref operator*()
{
iterator prev = _it;
return *(--prev);
}
//->
Ptr operator->()
{
iterator prev = _it;
return &(--prev);
}
//++
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
//--
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
//判断是否相等
bool operator!=(const self & rit) const
{
return _it != rit._it;
}
private:
iterator _it;
};
}以上便是list模拟实现的所有知识点。
本期内容到此结束^_^