C++初阶(十一) list

void TestListIterator1()
{
 int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
 list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
 auto it = l.begin();
 while (it != l.end())
 {
 // erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给
其赋值
 l.erase(it); 
 ++it;
 }
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#pragma once

#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>

namespace abc {
    // List的节点类
    template<class T>
    struct ListNode {
        ListNode(const T& val = T())
            : _prev(nullptr)
            , _next(nullptr)
            , _val(val)
        {}

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

    /*
    List 的迭代器
    迭代器有两种实现方式，具体应根据容器底层数据结构实现：
      1. 原生态指针，比如：vector
      2. 将原生态指针进行封装，因迭代器使用形式与指针完全相同，因此在自定义的类中必须实现以下方法：
         1. 指针可以解引用，迭代器的类中必须重载operator*()
         2. 指针可以通过->访问其所指空间成员，迭代器类中必须重载oprator->()
         3. 指针可以++向后移动，迭代器类中必须重载operator++()与operator++(int)
            至于operator--()/operator--(int)释放需要重载，根据具体的结构来抉择，双向链表可以向前             移动，所以需要重载，如果是forward_list就不需要重载--
         4. 迭代器需要进行是否相等的比较，因此还需要重载operator==()与operator!=()
    */
    /*
    * T：表示被模板化的类型，可以是任何类型；
      Ref：表示一个引用类型，通常通过 T& 或 const T& 得到；
      Ptr：表示一个指针类型，通常通过 T* 或 const T* 得到。
    */
    template<class T, class Ref, class Ptr>
    class ListIterator {
        typedef ListNode<T> Node;
        typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;//<T, Ref, Ptr> 是模板参数列表，用于指定模板类的模板参数。

        // Ref 和 Ptr 类型需要重定义下，实现反向迭代器时需要用到
    public:
        typedef Ref Ref;
        typedef Ptr Ptr;
    public:
        //
        // 构造
        ListIterator(Node* node = nullptr)
            : _node(node)
        {}

        //
        // 具有指针类似行为
        Ref operator*() {
            return _node->_val;
        }

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

        //
        // 迭代器支持移动
        Self& operator++() {
            _node = _node->_next;
            return *this;
        }

        Self operator++(int) {
            Self temp(*this);
            _node = _node->_next;
            return temp;
        }

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

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

        //
        // 迭代器支持比较
        bool operator!=(const Self& l)const {
            return _node != l._node;
        }

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

        Node* _node;
    };

    template<class Iterator>
    class ReverseListIterator {
        // 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的一个类型，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
    public:
        typedef typename Iterator::Ref Ref;
        typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
        typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
    public:
        //
        // 构造
        ReverseListIterator(Iterator it)
            : _it(it)
        {}

        //
        // 具有指针类似行为
        Ref operator*() {
            Iterator temp(_it);
            --temp;
            return *temp;
        }

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

        //
        // 迭代器支持移动
        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;
        }

        //
        // 迭代器支持比较
        /*通过将这些成员函数声明为 const，我们告诉编译器这些函数不会对对象的状态进行更改。这样做有两个主要好处：
    对于用户来说，使用 const 可以传达清晰的语义，即这些函数不会修改对象的状态。
    对于编译器来说，它可以强制执行不修改对象状态的约定，并且允许在 const 对象上调用这些函数。
        */
        bool operator!=(const Self& l)const {
            return _it != l._it;
        }

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

        Iterator _it;
    };

    template<class T>
    class list {
        typedef ListNode<T> Node;

    public:
        // 正向迭代器
        /*
        iterator 类型适用于对非常量容器对象进行迭代操作，它返回的迭代器允许修改容器中元素的值。
        const_iterator 类型适用于对常量容器对象进行迭代操作，它返回的迭代器不允许修改容器中元素的值。
        */
        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;

        // 反向迭代器
        typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator;
        typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
    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>       //表示这是一个接受任意类型 Iterator 的模板构造函数。
        //接受两个迭代器参数 first 和 last，用来指定要初始化列表的范围。
        list(Iterator first, Iterator last) {
            CreateHead();//创建一个空的列表
            while (first != last) {
                push_back(*first);
                ++first;
            }
        }

        list(const list<T>& l) {
            CreateHead();

            // 用l中的元素构造临时的temp,然后与当前对象交换
            list<T> temp(l.begin(), l.end());
            this->swap(temp);
        }

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

        ~list() {
            clear();
            delete _head;
            _head = nullptr;
        }

        ///
        // List的迭代器
        iterator begin() {
            return iterator(_head->_next);
        }

        iterator end() {
            return iterator(_head);
        }

        /*在 C++ 中，如果一个成员函数不会修改对象的成员变量，那么可以将其声明为常量成员函数，以便在常量对象上调用。
        这样做的目的是为了保证在常量对象上进行逆向遍历时，不会对对象的状态产生任何影响。
        */
       // const 关键字用于修饰成员函数的声明，表示这些成员函数是类的常量成员函数。
        const_iterator begin()const {
            return const_iterator(_head->_next);
        }

        const_iterator end()const {
            return const_iterator(_head);
        }

        reverse_iterator rbegin() {
            return reverse_iterator(end());
        }

        reverse_iterator rend() {
            return reverse_iterator(begin());
        }

        const_reverse_iterator rbegin()const {
            return const_reverse_iterator(end());
        }

        const_reverse_iterator rend()const {
            return const_reverse_iterator(begin());
        }

        ///
        // List的容量相关
        size_t size()const {
            Node* cur = _head->_next;
            size_t count = 0;
            while (cur != _head) {
                count++;
                cur = cur->_next;
            }

            return count;
        }

        bool empty()const {
            return _head->_next == _head;
        }

        void resize(size_t newsize, const T& data = T()) {
            size_t oldsize = size();
            if (newsize <= oldsize) {
                // 有效元素个数减少到newsize
                while (newsize < oldsize) {
                    pop_back();
                    oldsize--;
                }
            }
            else {
                while (oldsize < newsize) {
                    push_back(data);
                    oldsize++;
                }
            }
        }
        
        // List的元素访问操作
        // 注意：List不支持operator[]
        T& front() {
            return _head->_next->_val;
        }

        const T& front()const {
            return _head->_next->_val;
        }

        T& back() {
            return _head->_prev->_val;
        }

        const T& back()const {
            return _head->_prev->_val;
        }

        
        // List的插入和删除
        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* pNewNode = new Node(val);
            Node* pCur = pos._node;
            // 先将新节点插入
            pNewNode->_prev = pCur->_prev;
            pNewNode->_next = pCur;
            pNewNode->_prev->_next = pNewNode;
            pCur->_prev = pNewNode;
            return iterator(pNewNode);
        }

        // 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
        iterator erase(iterator pos) {
            // 找到待删除的节点
            Node* pDel = pos._node;
            Node* pRet = pDel->_next;

            // 将该节点从链表中拆下来并删除
            pDel->_prev->_next = pDel->_next;
            pDel->_next->_prev = pDel->_prev;
            delete pDel;

            return iterator(pRet);
        }

        void clear() {
            Node* cur = _head->_next;

            // 采用头删除删除
            while (cur != _head) {
                _head->_next = cur->_next;
                delete cur;
                cur = _head->_next;
            }

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

        void swap(abc::list<T>& l) {
            std::swap(_head, l._head);
        }

    private:
        void CreateHead() {
            _head = new Node;
            _head->_prev = _head;
            _head->_next = _head;
        }
    private:
        Node* _head;
    };
}


///
// 对模拟实现的list进行测试
// 正向打印链表
//auto 用于自动推导变量的类型
template<class T>
void PrintList(const abc::list<T>& l) {
    auto it = l.begin();
    while (it != l.end()) {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }

    cout << endl;
}

// 测试List的构造
void TestAbcList1() {
    abc::list<int> l1;
    abc::list<int> l2(10, 5);
    PrintList(l2);

    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    abc::list<int> l3(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    PrintList(l3);

    abc::list<int> l4(l3);
    PrintList(l4);

    l1 = l4;
    PrintList(l1);
    cout << "----------------------" << endl;
}

// PushBack()/PopBack()/PushFront()/PopFront()
void TestAbcList2() {
    // 测试PushBack与PopBack
    abc::list<int> l;
    l.push_back(1);
    l.push_back(2);
    l.push_back(3);
    PrintList(l);

    l.pop_back();
    l.pop_back();
    PrintList(l);

    l.pop_back();
    cout << l.size() << endl;

    // 测试PushFront与PopFront
    l.push_front(1);
    l.push_front(2);
    l.push_front(3);
    PrintList(l);

    l.pop_front();
    l.pop_front();
    PrintList(l);

    l.pop_front();
    cout << l.size() << endl;
    cout << "----------------------" << endl;
}

// 测试insert和erase
void TestAbcList3() {
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    abc::list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    auto pos = l.begin();
    l.insert(l.begin(), 0);
    PrintList(l);

    ++pos;
    l.insert(pos, 2);
    PrintList(l);

    l.erase(l.begin());
    l.erase(pos);
    PrintList(l);

    // pos指向的节点已经被删除，pos迭代器失效
    cout << *pos << endl;

    auto it = l.begin();
    while (it != l.end()) {
        it = l.erase(it);
    }
    cout << l.size() << endl;
    cout << "----------------------" << endl;
}

// 测试反向迭代器
void TestAbcList4() {
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    abc::list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    auto rit = l.rbegin();
    while (rit != l.rend()) {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;

    const abc::list<int> cl(l);
    auto crit = l.rbegin();
    while (crit != l.rend()) {
        cout << *crit << " ";
        ++crit;
    }
    cout << endl;
    cout << "----------------------" << endl;
}
int main() {
    TestAbcList1();
    TestAbcList2();
    TestAbcList3();
    TestAbcList4();

    return  0;
}

#include <iostream>
// 迭代器类，提供指向数组元素的迭代器
class Iterator {
public:
    // 定义引用类型Ref和指针类型Ptr
    typedef int& Ref;
    typedef int* Ptr;

    //构造函数，初始化_ptr为参数ptr
    Iterator(int* ptr) : _ptr(ptr) {}

    // 重载解引用操作符*，返回_ptr所指向的元素的引用
    Ref operator*() { return *_ptr; }

    // 重载箭头操作符->，返回_ptr的地址
    Ptr operator->() { return _ptr; }

    // 重载前置递增操作符++，将_ptr的值加1后返回自身的引用
    Iterator& operator++() {
        ++_ptr;
        return *this;
    }

    // 重载前置递减操作符--，将_ptr的值减1后返回自身的引用
    Iterator& operator--() {
        --_ptr;
        return *this;
    }

    // 重载不等于操作符!=，判断_ptr与other._ptr是否不相等
    bool operator!=(const Iterator& other) const {
        return _ptr != other._ptr;
    }

    // 重载等于操作符==，判断_ptr与other._ptr是否相等
    bool operator==(const Iterator& other) const {
        return _ptr == other._ptr;
    }

private:
    int* _ptr; // 指向数组元素的指针
};


// 反向迭代器类，提供指向数组元素的反向迭代器
template<class Iterator>
class ReverseListIterator {

    // 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
public:
    // 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作用是定义别名
    typedef typename Iterator::Ref Ref; // 定义Iterator的引用类型为Ref,Iterator::Ref代表了Iterator类中的引用类型，它在这里表示迭代器所指向元素的引用类型为int&。
    typedef typename Iterator::Ptr Ptr; // 定义Iterator的指针类型为Ptr,Iterator::Ptr代表了Iterator类中的指针类型，它在这里表示迭代器所指向元素的指针类型为int*。
    typedef ReverseListIterator<Iterator> Self; // 定义自身类型为Self
public:
    //
    // 构造函数，初始化_it为参数it
    ReverseListIterator(Iterator it) : _it(it) {} // 初始化_it为参数it
//
// 具有指针类似行为
    // 重载解引用操作符*，返回_it所指向元素的前一个元素的引用
    Ref operator*() { // 重载解引用操作符*
        Iterator temp(_it); // 创建临时迭代器temp，初始值为_it
        --temp; // 对temp进行前置递减操作
        return *temp; // 返回temp所指向的元素的引用
    }
    Ptr operator->() { // 重载箭头操作符->
        return &(operator*()); // 返回operator*()的地址
    }
    //
    // 迭代器支持移动
    Self& operator++() { // 重载前置递增操作符++
        --_it; // 对_it进行前置递减操作
        return *this; // 返回自身的引用
    }
    Self operator++(int) { // 重载后置递增操作符++
        Self temp(*this); // 创建临时迭代器temp，初始值为*this
        --_it; // 对_it进行前置递减操作
        return temp; // 返回临时迭代器temp
    }
    Self& operator--() { // 重载前置递减操作符--
        ++_it; // 对_it进行前置递增操作
        return *this; // 返回自身的引用
    }
    Self operator--(int) { // 重载后置递减操作符--
        Self temp(*this); // 创建临时迭代器temp，初始值为*this
        ++_it; // 对_it进行前置递增操作
        return temp; // 返回临时迭代器temp
    }
    //
    // 迭代器支持比较
    bool operator!=(const Self& l)const { // 重载不等于操作符!=
        return _it != l._it; // 判断_it与l._it是否不相等
    }
    bool operator==(const Self& l)const { // 重载等于操作符==
        return _it == l._it; // 判断_it与l._it是否相等
    }
    Iterator _it; // 迭代器成员变量
};


int main() {
    int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // 创建正向迭代器，指向数组的开始和结束位置
    Iterator begin(arr);
    Iterator end(arr + 5);

    // 创建逆向迭代器，指向数组的结束位置和开始位置
    ReverseListIterator<Iterator> rbegin(end);
    ReverseListIterator<Iterator> rend(begin);

    for (ReverseListIterator<Iterator> it = rbegin; it != rend; ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }

    std::cout << std::endl;

    return 0;
}