list的模拟实现和反向迭代器的底层

思麟呀2025-04-21 11:03

1：list的模拟实现

1：链表的节点

对于list的模拟实现，我们需要先定义一个节点的类可以使用（class也可以使用struct）

cpp 复制代码 
// List的节点类
template<class T>
struct ListNode
{
    ListNode(const T& val = T())
    {
        _pPre = nullptr;
        _pNext = nullptr;
        _val = val;
    }
    ListNode<T>* _pPre;
    ListNode<T>* _pNext;
    T _val;
};

上面的结构体和我们模拟实现链表的代码基本上差不多，只不过将初始化化成了构造函数，并且将链表封装成一个类并且提供对于链表的操作。

2：链表的迭代器

为什么我们现在就需要学习链表的迭代器，那是因为除了我们在容器外使用迭代器，我们链表容器内部本身也使用迭代器完成很多操作。

cpp 复制代码 
//List的迭代器类
template<class T, class Ref, class Ptr>
//T是节点储存的数据类型，Ref是T的引用T&，Ptr是T的指针T*
struct ListIterator
{
    typedef ListNode<T>* PNode;
    typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
    //注意Self的重命名是定义的迭代器自己
    typedef Ref reference; //为反向迭代器做铺垫 
    typedef Ptr pointer;//为反向迭代器做铺垫
    ListIterator(PNode pNode = nullptr) : _pNode(pNode) {}
    ListIterator(const Self& l) :_pNode(l._pNode) {}
    T& operator*()
    {
        return _pNode->_val;
    }
    T* operator->()
    {
        return &(_pNode->_val);
    }
    Self& operator++()
    {
        _pNode = _pNode->_pNext;
        return *this;
    }
    Self operator++(int)
    {
        Self tmp(_pNode);
        _pNode = _pNode->_pNext;
        return tmp;
    }
    Self& operator--()
    {
        _pNode = _pNode->_pPre;
        return *this;
    }
    Self operator--(int)
    {
        Self tmp(_pNode);
        _pNode = _pNode->_pPre;
        return tmp;
    }
    bool operator!=(const Self& l) const
    {
        return _pNode != l._pNode;
    }
    bool operator==(const Self& l) const
    {
        return _pNode == l._pNode;        
    }
    PNode _pNode;
};

为什么提供了三个模版参数，因为在对于迭代器自己操作中，可能需要返回T的引用或者T的地址，比如*和->的运算符重载。

在迭代器里面，本质上就是定义一个ListNode*<T> 的一个指针，来对链表进行操作。

3：链表的增删查改

cpp 复制代码 
template<class T>
class list
{
    typedef ListNode<T> Node;
    typedef Node* PNode;
public:
    typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
    typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
    typedef Reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;//反向迭代器
    typedef Reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;//反向迭代器
public:
    ///
    // List的构造
    list()
    {
        CreateHead();
    }
    list(int n, const T& value = T())
    {
        CreateHead();
        for (int i = 0; i < n; i++)
        {
            push_back(value);
        }
    }
    template <class Iterator>
    list(Iterator first, Iterator last)
    {
        CreateHead();
        while (first != last)
        {
            push_back(*first);
            first++;
        }
    }
    list(const list<T>& l)
    {
        CreateHead();
        list<T> tmp(l.begin(), l.end());
        swap(tmp);
    }
    list<T>& operator=(const list<T> l)
    {
        swap(l);
        return *this;
    }
    ~list()
    {
        clear();
        delete _pHead;
        _pHead = nullptr;
    }
    ///
    // List Iterator
    iterator begin()
    {
        return iterator(_pHead->_pNext);
    }

    iterator end()
    {
        return iterator(_pHead);
    }
    const_iterator begin() const
    {
        return const_iterator(_pHead->_pNext);
    }
    const_iterator end() const
    {
        return const_iterator(_pHead);
    }

    reverse_iterator rbegin()
    {
        return reverse_iterator(end());
    }
    reverse_iterator rend()
    {
        return reverse_iterator(begin());
    }
   ///
    // List Capacity
    size_t size()const
    {
        auto it = begin();
        size_t count = 0;
        while (it != end())
        {
            it++;
            count++;
        }
        return count;

    }
    bool empty()const
    {
        return _pHead->_pNext == _pHead;
    }
    
    // List Access
    T& front()
    {
        return _pHead->_pNext->_val;
    }
    const T& front()const
    {
        return _pHead->_pNext->_val;
    }
    T& back()
    {
        return _pHead->_pPre->_val;
    }
    const T& back()const
    {
        return _pHead->_pPre->_val;
    }
    
    // List Modify
    void push_back(const T& val)
    { 
        insert(end(), val);
    }
    void pop_back()
    {
        erase(--end()); 
    }
    void push_front(const T& val) 
    { 
        insert(begin(), val); 
    }
    void pop_front()
    { 
        erase(begin()); 
    }
    // 在pos位置前插入值为val的节点
    iterator insert(iterator pos, const T& val)
    {
        Node* newnode = new Node(val);
        Node* pcur = pos._pNode;
        newnode->_pPre = pcur->_pPre;
        newnode->_pNext = pcur;
        pcur->_pPre->_pNext = newnode;
        pcur->_pPre = newnode;
        return iterator(newnode);
    }
    // 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
    iterator erase(iterator pos)
    {        
        assert(size()>0);       
        Node* pcur = pos._pNode;
        Node* pret = pcur->_pNext;
        pcur->_pPre->_pNext = pcur->_pNext;
        pcur->_pNext->_pPre = pcur->_pPre;
        delete pcur;
        return iterator(pret);
    }
    void clear()
    {
        Node* cur = _pHead->_pNext;
        while (cur != _pHead)
        {
            _pHead->_pNext = cur->_pNext;
            delete cur;
            cur = _pHead->_pNext;
        }
        _pHead->_pNext = _pHead->_pPre = _pHead;
    }
    void swap(list<T>& l)
    {
        std::swap(_pHead, l._pHead);
    }
private:
    void CreateHead()
    {
        _pHead = new ListNode<T>; //这里是模版
        _pHead->_pPre = _pHead;
        _pHead->_pNext = _pHead;
    }
    PNode _pHead;
};
1：list的构造

对于list的构造我们实现了四种构造方式，第一是直接构造一个空链表，第二是使用n个相同元素构造链表，第三是使用迭代器来构造链表，第四就是使用list本身构造链表，额外重载运算符=来实现链表。

2：list的迭代器在类中的返回

我们可以很直观的看到迭代器在类中是返回的什么。

3：list的容量判断

我们之间在类的内部使用迭代器便利链表来计算链表大小。

4：增删操作

逻辑和以前对于链表的实现上大型不差，出了额外增加了几个接口然后使用迭代器。

2：反向迭代器的实现

反向迭代器本质上就是正向迭代器的封装

cpp 复制代码 
 template<class Iterator>
 struct Reverse_iterator
 {
 public:
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
     typedef typename Iterator::reference Ref;  // 从正向迭代器提取
     typedef typename Iterator::pointer Ptr;
     typedef Reverse_iterator<Iterator> Self;
 public:
     Reverse_iterator(Iterator it = nullptr) :_it(it) {}
     Ref operator*()
     {
         Iterator temp(_it);
         --temp;
         return *temp;
     }

     Ptr operator->()
     {
         return &(operator*());
     }

     Self operator++()
     {
         --_it;
         return *this;
     }

     Self operator++(int)
     {
         Self temp(*this);
         --_it;
         return temp;
     }

     Self operator--()
     {
         ++_it;
         return *this;
     }

     Self operator--(int)
     {
         Self temp(*this);
         ++_it;
         return temp;
     }

     bool operator!=(const Self& l)const
     {
         return _it != l._it;
     }

     bool operator==(const Self& l)const
     {
         return _it == l._it;
     }

     Iterator _it;
 };
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