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1. 前言
在前面一篇博客中分享了list的相关介绍 【C++】list介绍，这次来模拟实现一下list。
2. list源码
成员变量：
无参构造：
插入：
3. 初始化
在库里面定义节点需要全部公有时用到的就是struct：
这里我们也用相同方法自己定义出一个节点：
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& x = T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_data(x)
{}
};
然后在写list类时候就要用到上面结构体。
list类里面成员变量就有：
private:
Node* _head;
3.1 构造
先来一个无参构造，实现的双向带头循环链表，先定义哨兵位节点，让它的next和prev都指向自己：
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
3.2 拷贝构造
链表的拷贝构造，先写一个初始化链表的函数：
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
就直接在初始化的基础上，遍历拷贝的数据，再把数据全部插入到新链表就可以了：
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
测试一下：
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
PrintList(lt);
list<int> lt1(lt);
PrintList(lt1);
}
3.3 赋值
直接复用swap，出了作用域lt之前的数据会销毁，再返回*this就可以了。
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
3.4 析构
析构在clear的基础上，要把哨兵位也删除
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
怎么判断要不要析构？
如果需要析构，一般就需要自己写深拷贝
如果不需要析构，一般就不需要自己写深拷贝，默认浅拷贝就可以
4. 迭代器
这里原生指针不能充当迭代器，list物理空间不连续，这里Node*加加不能到下一个节点，而且解引用Node*是Node也不能找到数据。这时Node*已经不能满足需求了，这里就得封装一个类。内置类型不能满足需求，就自定义类型。
来看看库里面是怎么实现的：
来实现一下：
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T> Self;
Node* _node;
ListIterator(Node* node)
:_node(node)
{}
4.1 后置加加和前置加加
实现加加，加加就到下一个位置，需要迭代器去访问
代码实现：
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
前置加加：返回的是加加之前的node，所以得先记录下数据（拷贝构造一份），再加加，然后返回之前记录下的节点。
Self& operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
4.2 后置减减和前置减减
后置减减和后置加加类似：
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
前置减减和前置加加类似：
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
4.3 解引用
这里*it返回的是什么值？
要返回的时节点里面的data
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
4.4 ！=和==
比较两个迭代器相不相等，比较的是节点的指针
bool operator!=(const Self& it)
{
return _node != it._node;
}
重载==:
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
4.5 begin 和 end
begin执行第一个节点，也就是head的next
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
这里是用来匿名对象来构造迭代器:
还可以写成：
单参数的构造，支持隐私类型转换
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
end指向的是head
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
4.6 const迭代器
不能直接在原来的迭代器上面加上const，会导致普通迭代器就不能修改了。
const迭代器，需要是迭代器不能修改，还是迭代器指向的内容？
迭代器指向的内容不能修改！const iterator不是我们需要const迭代器，所以不能在普通迭代器的前面加const。
使用就增加一个重载的const迭代器：
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
那么就得单独搞一个类ListConstIterator，让const迭代器*it不能修改：再把相同的操作符重载一下
template<class T>
struct ListConstIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListConstIterator<T> Self;
Node* _node;
ListConstIterator(Node* node)
:_node(node)
{}
// *it
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
// it->
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
// ++it
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)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
};
4.7 迭代器优化
发现普通迭代器和const迭代器里面很多运算符都是一样的，而const迭代器里面就直是不能修改指向的内容，代码显得冗余。就可以用模板来修改这两个类，把他们两个融成一个类。
就是返回值的类型不同，就用模板变，用一个模板参数：template<class T, class Ref, class Ptr>：
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
Node* _node;
ListIterator(Node* node)
:_node(node)
{}
// *it
//T& operator*()
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
// it->
//T* operator->()
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
// ++it
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)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
};
本质上相当于我们写了一个类模板，编译器实例化生成两个类。
从而在list类里面就修改为:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
5. Modifiers
5.1 insert
insert实现在某一个位置之前插入一个节点
先搞一个节点，然后记录原链表pos位置的指针，然后一前一后改指向
void insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = cur;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->prev = newnode;
}
5.2 push_back
新开一个节点，然后让原链表的tail指向新节点，让新节点的prev指向tail，再把head的prev改为新节点，新节点的next改为head。
代码实现：
void push_back(const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
来测试一下：
void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}
push_back用erase来实现会更简单：在end位置插入一个数
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
5.3 push_front
头插就是在begin插入一个数：
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
测试一下：
5.4 erase
先记录下要删除的节点，和它前一个节点prev 还有它的后一个节点next。然后让prev的_next 指向next;next的_prev 指向 prev。
删除会导致迭代器失效的问题，为了避免，就返回删除节点的下一个位置。
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
return iterator(next);
}
5.5 pop_back
尾删复用erase，而尾是在end前面的一个位置，所以先减减end再删除
void pop_back()
{
erase(--end());
}
5.6 pop_front
因为begin所在的位置就是头节点，所以直接删除begin就可以：
void pop_front()
{
erase(begin());
}
5.7 重载operator->
用户自定义一个类型：
struct A
{
int _a1;
int _a2;
A(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
};
调用push_back插入数据，可以是匿名对象，也可以多参数进行隐式类型转换：
list<A> lt;
A aa1(1, 1);
A aa2 = { 1, 1 };
lt.push_back(aa1);
lt.push_back(aa2);
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back({ 3, 3 });
lt.push_back({ 4, 4 });
但是要把数据输出到屏幕上，使用*it是不可以的：
A是一个自定义类型，A不支持流插入，要想指出就得自己写一个重载一个。如果不想写，可以换个方式，这里的数据是公有的可以直接访问。
就直接*it返回的是A，再拿到a1和a2的数据就可以：
list<A>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout <<(*it)._a1<<":" << (*it)._a2 <<endl;
++it;
}
cout << endl;
这里A*的一个指针访问数据是先解引用，返回A对象，再来.对象里面的成员变量:
A* ptr = &aa1;
(*ptr)._a1;
迭代器就是想要模仿A*的行为，所以迭代器就重载了一个->:it->,它返回的是data的地址。
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
访问它里面的就是这样：
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
其实是编译器为了可读性，省略了一个箭头：第一个箭头是运算符重载，就返回data里面的地址也就是A*，第二个箭头就能访问A里面的数据了。
原生指针的行为就是：
cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;
测试一下都能使用：
void test_list2()
{
list<A> lt;
A aa1(1, 1);
A aa2 = { 1, 1 };
lt.push_back(aa1);
lt.push_back(aa2);
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back({ 3, 3 });
lt.push_back({ 4, 4 });
list<A>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
5.8 swap
直接调用库里面的swap来交换：文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-848142.html
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
5.9 clear
clear清理掉所有数据，直接复用迭代器来把数据全部删除，但是没有清理掉哨兵位head文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-848142.html
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
6. 附代码
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
namespace bit
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& x = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(x)
{}
};
// typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
// typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
Node* _node;
ListIterator(Node* node)
:_node(node)
{}
// *it
//T& operator*()
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
// it->
//T* operator->()
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
// ++it
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)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
};
//template<class T>
//struct ListConstIterator
//{
// typedef ListNode<T> Node;
// typedef ListConstIterator<T> Self;
// Node* _node;
// ListConstIterator(Node* node)
// :_node(node)
// {}
// // *it
// const T& operator*()
// {
// return _node->_data;
// }
// // it->
// const T* operator->()
// {
// return &_node->_data;
// }
// // ++it
// 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)
// {
// return _node != it._node;
// }
// bool operator==(const Self& it)
// {
// return _node == it._node;
// }
//};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
//typedef ListIterator<T> iterator;
//typedef ListConstIterator<T> const_iterator;
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
//iterator begin()
//{
// //return iterator(_head->_next);
// iterator it(_head->_next);
// return it;
//}
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
// lt1 = lt3
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
/*void push_back(const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}*/
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(val);
Node* prev = cur->_prev;
// prev newnode cur;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
_size++;
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
_size--;
return iterator(next);
}
size_t size() const
{
return _size;
}
bool empty()
{
return _size == 0;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
/*lt.push_front(10);
lt.push_front(20);
lt.push_front(30);*/
/*lt.pop_back();
lt.pop_back();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;*/
lt.pop_front();
lt.pop_front();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
struct A
{
int _a1;
int _a2;
A(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
};
void test_list2()
{
list<A> lt;
A aa1(1, 1);
A aa2 = { 1, 1 };
lt.push_back(aa1);
lt.push_back(aa2);
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back({ 3, 3 });
lt.push_back({ 4, 4 });
//A* ptr = &aa1;
//(*ptr)._a1;
//ptr->_a1;
//list<A>::iterator it = lt.begin();
//while (it != lt.end())
//{
// cout <<(*it)._a1<<":" << (*it)._a2 <<endl;
// ++it;
//}
//cout << endl;
list<A>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
void PrintList(const list<int>& clt)
{
list<int>::const_iterator it = clt.begin();
while (it != clt.end())
{
//*it += 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
PrintList(lt);
list<int> lt1(lt);
PrintList(lt1);
}
}
到了这里，关于【C++】list模拟实现的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
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