C++模拟实现list：list、list类的初始化和尾插、list的迭代器的基本实现、list的完整实现、测试、整个list类等的介绍

Farewell_me2024-09-21 14:10

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前言

C++模拟实现list：list、list类的初始化和尾插、list的迭代器的基本实现、list的完整实现、测试、整个list类等的介绍

一、list

list本质上是一个双向带头循环链表。

实现list类，需要节点类（clase list_node）、迭代器（class __list_iterator）;

节点类（clase list_node）： 定义每个节点的结构；

迭代器（class __list_iterator）： 使用节点的指针封装出一个类，可以使用运算符重载的形式更好的访问链表；

二、list类的初始化和尾插

cpp 复制代码 
namespace hhb
{

	// 节点
	template <class T>
	struct list_node
	{
		list_node(const T& val = T())
			: _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _val(val)
		{}

		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
		T _val;
	};


	// 链表
	 template<class T> 
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;
	public:
		list()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

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

			newNode->_next = _head;
			newNode->_prev = tail;

			tail->_next = newNode;
			_head->_prev = newNode;
		}

	private:
		Node* _head;
	};
}

三、list的迭代器的基本实现

  • 使用链表节点的指针封装出一个类，是list链表的访问可以向vector一样使用++等操作访问
  • vector和list的使用，虽然在形式上一样，但是他们的底层是不一样的
  • （*）vector迭代器是对指针的解引用
  • （*）list迭代器是调用operator（解引用操作符）函数重载，本质是不一样的

对于const迭代器，是operator（*）和 operator(->)的运算符重载函数的返回值不一样，因此需要增加两个模板参数

  • 即： （T& 和 T*）
cpp 复制代码 
// 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;
public:
	__list_iterator(Node* node)
		:_node(node)
	{}

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

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

	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;
	}

	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;
	}

	Node* _node;
};
  • operator->运算符重载编译器会进行优化， 如下：
cpp 复制代码 
struct A
{
public:
	A(int a1 = 0, int a2 = 0)
		: _a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}
	int _a1;
	int _a2;
};
void test_list02()
{
	hhb::list<A> lt;

	lt.push_back(A(1, 1));
	lt.push_back(A(2, 2));
	lt.push_back(A(3, 3));
	lt.push_back(A(4, 4));
	lt.push_back(A(5, 5));

	hhb::list<A>::iterator it = lt.begin();

	while (it != lt.end())
	{
		//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << " " << endl;
		cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << " " << endl;
		// 此处编译器进行了优化， it->返回的是T* 也就是 A*， 如果要访问A的成员
		// 按道理来讲，应该是 (it->)->_a1 / (it->)->_a2 来进行访问
		++it;
	}
	cout << endl;

}

四、list的完整实现

  • list需要有size()的接口，所以需要对链表节点个数进行计数，增加一个成员变量_size.
  • 实现insert()和erase()接口后，push_back()和push_front()、pop_back()和pop_front()接口都可以复用接口。
  • clear()只清除（不包含哨兵位的头节点）数据，不销毁链表
  • 析构函数调用clear（）后，释放_head节点（哨兵位的头节点）
  • 拷贝构造函数在拷贝之前，一定要先自己初始化（创建哨兵位的头节点）
  • 赋值（=）运算符重载使用现代写法，拷贝构造加交换函数加自动调用析构函数。
cpp 复制代码 
	// 链表
	 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;


		iterator begin()
		{
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}

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

			_size = 0;
		}


		list()
		{
			emptyInit();
		}

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

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

		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;
		}

		~list()
		{
			clear();

			delete _head;
			_head = nullptr;

			_size = 0;
		}

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

			//newNode->_next = _head;
			//newNode->_prev = tail;

			//tail->_next = newNode;
			//_head->_prev = newNode;


			insert(end(), x);
		}

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

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

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

		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* newNode = new Node(x);
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;

			newNode->_next = cur;
			newNode->_prev = prev;

			cur->_prev = newNode;
			prev->_next = newNode;

			++_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;

			delete cur;
			cur = nullptr;

			--_size;

			return next;
		}

		//size_t size()
		//{
		//	int sz = 0;
		//	iterator it = begin();
		//	while (it != end())
		//	{
		//		sz++;
		//		++it;
		//	}
		//	
		//	return sz;
		//}

		size_t size()
		{
			return _size;
		}


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

			_size = 0;
		}
	
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
}

五、测试

  • 测试push_back, pop_back可以顺便测试insert, erase函数, 所以不单独测试insert和erase函数
cpp 复制代码 
void test_list03()
{
	hhb::list<int> lt;

	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_front(5);
	lt.push_front(6);
	lt.push_front(7);
	lt.push_front(8);

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	lt.pop_back();
	lt.pos_front();

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


	lt.clear();

	lt.push_back(10);
	lt.push_back(20);
	lt.push_back(30);
	lt.push_back(40);
	lt.push_back(50);


	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << lt.size() << endl;


}
  • 测试拷贝构造和赋值运算符重载
cpp 复制代码 
void test_list04()
{
	hhb::list<int> lt;

	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	hhb::list<int> lt1(lt);

	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	hhb::list<int> lt2;
	lt2.push_back(10);
	lt2.push_back(20);
	lt2.push_back(30);
	lt2.push_back(40);

	lt1 = lt2;

	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	for (auto e : lt2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


}

六、整个list类

cpp 复制代码 
// list.h
#pragma once

#include <assert.h>
namespace hhb
{

	// 节点
	template <class T>
	struct list_node
	{
		list_node(const T& val = T())
			: _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _val(val)
		{}

		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
		T _val;
	};

	// 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;
	public:
		__list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

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

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

		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;
		}

		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;
		}

		Node* _node;
	};


	// 链表
	 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;


		iterator begin()
		{
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}

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

			_size = 0;
		}


		list()
		{
			emptyInit();
		}

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

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

		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;
		}

		~list()
		{
			clear();

			delete _head;
			_head = nullptr;

			_size = 0;
		}

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

			//newNode->_next = _head;
			//newNode->_prev = tail;

			//tail->_next = newNode;
			//_head->_prev = newNode;


			insert(end(), x);
		}

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

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

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

		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* newNode = new Node(x);
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;

			newNode->_next = cur;
			newNode->_prev = prev;

			cur->_prev = newNode;
			prev->_next = newNode;

			++_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;

			delete cur;
			cur = nullptr;

			--_size;

			return next;
		}

		//size_t size()
		//{
		//	int sz = 0;
		//	iterator it = begin();
		//	while (it != end())
		//	{
		//		sz++;
		//		++it;
		//	}
		//	
		//	return sz;
		//}

		size_t size()
		{
			return _size;
		}


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

			_size = 0;
		}
	
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
}
  • 整个测试
cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
#include "list.h"


void print1(const hhb::list<int>& lt)
{
	hhb::list<int>::const_iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

void test_list01()
{
	hhb::list<int> lt;

	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(5);

	hhb::list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;


	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


	print1(lt);
}

struct A
{
public:
	A(int a1 = 0, int a2 = 0)
		: _a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}
	int _a1;
	int _a2;
};



void test_list02()
{
	hhb::list<A> lt;

	lt.push_back(A(1, 1));
	lt.push_back(A(2, 2));
	lt.push_back(A(3, 3));
	lt.push_back(A(4, 4));
	lt.push_back(A(5, 5));

	hhb::list<A>::iterator it = lt.begin();

	while (it != lt.end())
	{
		//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << " " << endl;
		cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << " " << endl;
		// 此处编译器进行了优化， it->返回的是T* 也就是 A*， 如果要访问A的成员
		// 按道理来讲，应该是 (it->)->_a1 / (it->)->_a2 来进行访问
		++it;
	}
	cout << endl;

}

void test_list03()
{
	hhb::list<int> lt;

	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_front(5);
	lt.push_front(6);
	lt.push_front(7);
	lt.push_front(8);

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	lt.pop_back();
	lt.pos_front();

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


	lt.clear();

	lt.push_back(10);
	lt.push_back(20);
	lt.push_back(30);
	lt.push_back(40);
	lt.push_back(50);


	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << lt.size() << endl;


}


void test_list04()
{
	hhb::list<int> lt;

	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);

	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	hhb::list<int> lt1(lt);

	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	hhb::list<int> lt2;
	lt2.push_back(10);
	lt2.push_back(20);
	lt2.push_back(30);
	lt2.push_back(40);

	lt1 = lt2;

	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	for (auto e : lt2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


}


int main()
{

	//test_list01();

	test_list02();

	//test_list03();

	//test_list04();

	return 0;
}

总结

C++模拟实现list：list、list类的初始化和尾插、list的迭代器的基本实现、list的完整实现、测试、整个list类等的介绍

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