接下来我会依照前面所说的一些接口以及list的结构来进行讲解。
1. list_node的结构
1.1 list_node结构体
list由于其结构为双向循环链表,所以我们在这里要这么初始化
_next
:指向链表中下一个节点的指针_prev
:指向链表中上一个节点的指针_val
:存储节点的值
list_node(const T& val = T())
用于初始化节点,将 _next
和 _prev
指针默认设置为 nullptr
,并将 _val
初始化为传入的值
cpp
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _val(val)
{}
};
-
typedef list_node<T> Node;
- 将
list_node<T>
(链表节点类型)简化定义为Node
- 在类内部可以直接使用
Node
来表示链表节点类型,无需重复写list_node<T>
- 将
-
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
- 定义了普通迭代器类型
iterator
- 这里的
_list_iterator
应该是一个迭代器模板类,三个模板参数分别表示:- 存储的数据类型
T
- 迭代器解引用后返回的引用类型
T&
- 迭代器解引用后返回的指针类型
T*
- 存储的数据类型
- 定义了普通迭代器类型
-
typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
- 定义了常量迭代器类型
const_iterator
- 与普通迭代器的区别是,解引用后返回的是
const
类型的引用和指针 - 用于对
const list
对象进行遍历,保证不能通过迭代器修改元素值
- 定义了常量迭代器类型
cpp
class list
{
public:
typedef list_node<T> Node;
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
};
1.2 list和list_node分离设计原因
将list_node
结构体和list
类分离设计,是一种典型的 "数据存储" 与 "逻辑管理" 分离的思想。
1. 职责分离,符合单一职责原则
list_node
结构体 :仅负责存储单个节点的数据 和连接关系 (前驱_prev
、后继_next
指针),它的职责非常单一 ------ 就是作为链表的 "最小数据单元"。list
类 :负责管理整个链表的逻辑 ,包括节点的创建 / 销毁、插入 / 删除、遍历、容量管理等操作。它不直接存储数据,而是通过操作list_node
对象来实现链表的整体功能。这种分离让代码更清晰:节点只关心自身数据和连接,链表类只关心整体逻辑,便于维护和扩展。
2. 封装性更好,隐藏实现细节
list_node
通常是list
类的内部私有类型 (或通过typedef
限定在类内部使用),外部用户不需要知道节点的具体结构(比如_prev
、_next
指针的存在)。- 用户只需通过
list
类提供的接口(如push_back
、erase
、迭代器等)操作链表,无需直接接触节点,避免了误操作节点指针导致的内存问题(如野指针、内存泄漏)。3. 便于迭代器设计和容器适配
- 链表的迭代器需要通过节点的
_next
/_prev
指针实现遍历,将节点封装为list_node
后,迭代器可以统一通过节点指针操作,无需关心具体数据类型。- 符合 STL 容器的设计规范:STL 中所有容器都需要将 "元素存储" 和 "容器管理" 分离,这样才能统一迭代器接口。
list_node
可以被视为一个通用的 "双向节点模板",如果未来需要实现其他基于双向节点的结构(如循环链表、队列等),可以复用list_node
的设计。- 当需要扩展链表功能时,只需修改
list
类的管理逻辑,无需改动list_node
的结构。
2. list迭代器
2.1 三个可变参数的原因
我们在这里之所以要设置三个,是因为在list的迭代器里面需要不同的类型。同时一个可变参数在一个类里面只会推导一次,所以我们在这里是需要是三个。
T
:链表中存储的元素类型(如int
、string
等)。Ref
:迭代器解引用后返回的引用类型 (普通迭代器用T&
,常量迭代器用const T&
)。Ptr
:迭代器通过->
运算符返回的指针类型 (普通迭代器用T*
,常量迭代器用const T*
)。
cpp
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct _list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
};
2.2 构造函数
我们在这里又会有构造函数,是因为我们在list中实际上写了三个类,一个list_iterator,一个list_node和一个list,这三者构成了完整的list。
这个就是在给list的迭代器进行初始化。因为是通过节点去访问所以怎么写。
cpp
_list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
2.3 operator*()
返回对元素的引用 (Ref
),模拟指针的解引用操作(如 *p
获取指针指向的对象)。所以在这里要使用Ref。
cpp
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
2.4 operator->()
这边的Ptr更多是为了结构体这种设计的,简单来说这样设计就是为了先进入结构体然后再访问其内部成员。
那为什么要加&呢?这是因为operator要返回一个指针,然后我们通过这个指针来访问结构体的内部成员。
cpp
Ptr operator->()
{
return &_node->_val;
}
2.5 前置++
因为是前置的,所以是先++再return。
self
是迭代器类型本身(_list_iterator<T, Ref, Ptr>
),它是一个 "指向元素的迭代器",负责管理节点指针、提供遍历能力。
cpp
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
2.6 后置++
这边()里面的int是特殊处理,是为了和前置++构成函数重载。
又因为是后置++,所以我们让迭代器向后走并返回走之前的值。
cpp
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->next;
return tmp;
}
2.7 前置--
因为是前置--,所以先返回上一个节点在return。
cpp
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
2.8 后置--
因为是后置--,所以先保存节点在--。
int是为了和前置--构成函数重载。
cpp
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
2.9 operator!=
这个加const是防止修改指向和被指向的内容。
因为是bool类型的,所以直接比较两个指针的地址值是否一样即可。
cpp
bool operator!=(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
2.10 operator==
这个加const是防止修改指向和被指向的内容。
因为是bool类型的,所以直接比较两个指针的地址值是否一样即可。
cpp
bool operator==(const self& it) const
{
return _node == it._node;
}