用库造一个list的轮子 【C++】

编程语言 2023-08-19 02:33:14 阅读次数: 0

文章目录

list的模拟实现

默认成员函数

构造函数

list是一个带头双向循环链表，在构造一个list对象时，new一个头结点，并让其prev和next都指向自己即可。

  	void empty_init()
		{
    
    
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;

		}
	//默认构造
		list()
		{
    
    
			empty_init();
		}

拷贝构造函数

//拷贝构造函数
list(const list<T>& lt)
{
    
    
	_head = new node; //申请一个头结点
	_head->_next = _head; //头结点的后继指针指向自己
	_head->_prev = _head; //头结点的前驱指针指向自己
	for (auto & e : lt) //两个 e都是同一个
	{
    
    
		push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到新构造的容器后面
	}
}

赋值运算符重载

版本一（推荐）：
参数不使用引用，让编译器自动调用list的拷贝构造函数构造出来一个list对象，然后调用swap函数将原容器与该list对象进行交换

这样做相当于将应该用clear清理的数据，通过交换函数交给了容器lt，而当赋值运算符重载函数调用结束时，容器lt会自动销毁，并调用其析构函数进行清理。


		list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			// lt1 = lt2
		{
    
    
			this->swap(lt);
			return *this; 
		  }

版本二：
先调用clear函数将原容器清空，然后将容器lt当中的数据，通过遍历的方式一个个尾插到清空后的容器当中即可。

  
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{
    
    
	if (this != &lt) //避免自己给自己赋值
	{
    
    
		clear(); //清空容器
		for (const auto& e : lt)
		{
    
    
			push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到链表后面
		}
	}
	return *this; //支持连续赋值
}

析构函数

对对象进行析构时，首先调用clear函数清理容器当中的数据，然后将头结点释放，最后将头指针置空

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

			}
			_size = 0;
		}

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

迭代器

迭代器为什么要存在？

string 和vector的迭代器

string和vector将数据存储在一段连续的内存空间，那么可以通过指针进行自增、自减以及解引用等操作，就可以对相应位置的数据进行一系列操作，所以string和vector是天然的迭代器

在这里插入图片描述
list的迭代器
list中各个结点在内存当中的位置是随机的，不一定是连续的，我们不能仅通过结点指针的自增、自减以及解引用等操作对相应结点的数据进行操作 ,采用类封装迭代器，在迭代器类的内部，重载 ++ 、 --、 *、 -> 、 !=、 == 这些迭代器会用到的运算符

在这里插入图片描述

const_iterator

在const迭代器中，const迭代器指向的内容不能被修改。也就是解引用返回的值不能被修改。迭代器本身是可以修改的，有两种解决方案 ：
1 再封装一个const迭代器类

	template< class T>
	//const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改
	struct __list_const_iterator
	{
    
    
		typedef list_node<T>  Node;

		//构造函数
		__list_const_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{
    
    

		}

		const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用
			//const： 返回节点的值，不能修改
		{
    
    
			return _node->_val;
		}

		//前置++,返回++之后的值
		__list_const_iterator& operator++()
			//__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  )
		{
    
    
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		//后置++ ,返回++之前的值
		__list_const_iterator operator++(int)
		{
    
    
			__list_const_iterator tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
		}

		bool operator==(const __list_iterator<T>& it)
		{
    
    
			return *this == it._node;
		}
		bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性
		{
    
    
			return *this != it._node;
		}
		Node* _node;
	};

2 选择增加模板参数，复用代码（推荐）

template<class T, class Ref, class Ptr>

在这里插入图片描述

c++库就是用的这种解决方案

	//template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
	//普通迭代器
	//Ref是引用 ，Ptr是指针
	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct  __list_iterator
	{
    
    
		typedef list_node<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;

		//构造函数
		__list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{
    
    

		}

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

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

		//前置++,返回++之后的值
		self & operator++()
			//__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  )
		{
    
    
			_node = _node->_next;
			return *this;

		}
		//后置++ ，返回++之前的值
	      self  operator++(int)
			//	__list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int)
		{
    
    
			self tmp(*this);//拷贝构造
			_node = _node->_next;
			return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
		}
		bool operator!= (const self& it)
		{
    
    
			return _node != it._node;
		}
		bool operator== (const self & it)
		{
    
    
			return _node == it._node;
		}
		Node* _node;
	};
	template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
	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;
		//迭代器 
		//能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换
		iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
		{
    
    
			//return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
			//还可以写成 return iterator(_head);
			return iterator(_head);
		}
		iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
		{
    
    
			//return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
			//还可以写成 return iterator(_head->_next)
			return iterator(_head->_next);
		}

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

		const_iterator end() const
		{
    
    
			return const_iterator(_head);
		}
		//默认构造
		list()
		{
    
    
			empty_init();
		}
		// lt2(lt1)
		//还没有实现const_iterator
		list(const list<T>& lt)
		{
    
    
			empty_init();
			//拷贝数据
			for (auto & e :lt )//遍历lt
			{
    
    
				push_back(e);
			}
		}
		~list()
		{
    
    
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void empty_init()
		{
    
    
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;

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

		list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			// lt1 = lt2
		{
    
    
			this->swap(lt);
			return *this; 
		  }


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

			}
			_size = 0;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
    
    
			insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入
		}
		//pos位置之前插入
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
    
    
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);
			// prev newnode cur 链接关系
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			++_size;
			return newnode;
		}
		iterator erase (iterator pos)

		{
    
    
			assert(pos != end());
			Node* cur = pos._node;
			Node* next = cur->_next;
			Node* prev = cur->_prev;
			//prev next 
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete cur;
			--_size;
			return next;
		}

		size_t size()
		{
    
    
			return _size;
		}
		void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
		{
    
    
			insert(begin(),x);
		}
		void pop_back()
		{
    
    
			erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
		}
		void pop_front()
		{
    
    
			erase(begin());
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};

当我们定义const对象时，会自动调用const修饰的迭代器。当调用const修饰的迭代器时，__list_iterator的模板参数就会实例化为const T&。实际上在实例化时，const和非const修饰的还是两个不同类，只不过是实例化的代码工作交给了编译器处理了。

begin和end

对于list,第一个有效数据的迭代器就是头结点后一个结点
begin函数返回的是第一个有效数据的迭代器，即头节点的下一个位置
end函数返回的是最后一个有效数据的下一个位置的迭代器，即头节点

		iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
		{
    
    
			return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
			//还可以写成 return iterator(_head);
		}
		iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
		{
    
    
			return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
			//还可以写成 return iterator(_head->_next)
		}

const对象的begin函数和end函数

	const_iterator begin() const
		{
    
    
			return const_iterator(_head->_next);//返回使用头结点后一个结点
		}

		const_iterator end() const
		{
    
    
			return const_iterator(_head);//返回使用头结点
		}

insert

在这里插入图片描述

重新改变prev newnode cur 三者之间的链接关系

 	//pos位置之前插入
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
    
    
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);
			// prev newnode cur 链接关系
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			++_size;
			return newnode;
		}

erase

在这里插入图片描述
改变prev和next之间的链接关系，然后释放cur

iterator erase (iterator pos)
		{
    
    
			assert(pos != end());
			Node* cur = pos._node;
			Node* next = cur->_next;
			Node* prev = cur->_prev;
			//prev next 
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
            delete cur ;
			--_size;
			return next;
		}

push_back && pop_back

	void push_back(const T& x)
		{
    
    
			insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入
		}
	void pop_back()
		{
    
    
			erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
		}

push_front &&pop_front

		void pop_front()
		{
    
    
			erase(begin());
		}
		void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
		{
    
    
			insert(begin(),x);
		}

swap

swap函数用于交换两个容器，list容器当中存储的是链表的头指针和size，我们将这两个容器当中的头指针和size交换

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

注意： 这里调用库里的swap模板函数，需要在swap函数之前加上“std::”，告诉编译器在c++标准库寻找swap函数，否则编译器编译时会认为你调用的是正在实现的swap函数（就近原则）

总结

在这里插入图片描述

完整代码

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<list>
using namespace std;
namespace cxq
{
    
    
	//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
	template<class T>
	//节点
	struct list_node
	{
    
    

		//构造函数
		list_node(const T& val = T()) //缺省值是匿名对象,c++对内置类型进行了升级
			:_prev(nullptr)
			, _next(nullptr)
			, _val(val)
		{
    
    
			
		}

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

	//template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
	//普通迭代器
	//Ref是引用 ，Ptr是指针
	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct  __list_iterator
	{
    
    
		typedef list_node<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;

		//构造函数
		__list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{
    
    

		}

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

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

		//前置++,返回++之后的值
		self & operator++()
			//__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  )

		{
    
    
			_node = _node->_next;
			return *this;

		}
		//后置++ ，返回++之前的值
	      self  operator++(int)
			//	__list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int)

		{
    
    
			self tmp(*this);//拷贝构造
			_node = _node->_next;
			return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
		}
		bool operator!= (const self& it)
		{
    
    
			return _node != it._node;
		}
		bool operator== (const self & it)
		{
    
    
			return _node == it._node;
		}

		Node* _node;
	};


	//template< class T>
	const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改
	//struct __list_const_iterator
	//{
    
    
	//	typedef list_node<T>  Node;

	//	//构造函数
	//	__list_const_iterator(Node* node)
	//		:_node(node)
	//	{
    
    

	//	}

	//	const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用
	//		//const： 返回节点的值，不能修改
	//	{
    
    
	//		return _node->_val;
	//	}

	//	//前置++,返回++之后的值
	//	__list_const_iterator& operator++()
	//		//__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  )
	//	{
    
    
	//		_node = _node->_next;
	//		return *this;
	//	}
	//	//后置++ ,返回++之前的值
	//	__list_const_iterator operator++(int)
	//	{
    
    
	//		__list_const_iterator tmp(*this);
	//		_node = _node->_next;
	//		return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
	//	}

	//	bool operator==(const __list_iterator<T>& it)
	//	{
    
    
	//		return *this == it._node;
	//	}
	//	bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性
	//	{
    
    
	//		return *this != it._node;
	//	}
	//	Node* _node;
	//};


	template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
	class list
	{
    
    

		typedef list_node<T>  Node;
	public:
		typedef  __list_iterator<T ,T&,T* >  iterator;//普通迭代器
		typedef  __list_iterator<T, const T&, const T * >  const_iterator;//const 迭代器


		//迭代器 
		//能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换
		iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
		{
    
    
			//return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
			//还可以写成 return iterator(_head);
			return iterator(_head);
		}
		iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
		{
    
    
			//return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
			//还可以写成 return iterator(_head->_next)
			return iterator(_head->_next);
		}

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

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


		//默认构造
		list()
		{
    
    
			empty_init();
		}
		// lt2(lt1)
		//还没有实现const_iterator
		list(const list<T>& lt)
		{
    
    
			empty_init();
			//拷贝数据
			for (auto & e :lt )//遍历lt
			{
    
    
				push_back(e);
			}
		}

		~list()
		{
    
    
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void empty_init()
		{
    
    
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;

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

		list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
			// lt1 = lt2
		{
    
    
			this->swap(lt);
			return *this; 
		  }


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

			}
			_size = 0;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
    
    
			找尾
			//Node* tail = _head->_prev;
			//Node* newnode = new Node(x);
			改变链接关系 
			///*newnode = tail->next;*/
			//tail->_next = newnode;
			//newnode->_prev = tail;

			//_head->_prev = newnode;
			//newnode->_next = _head;

			insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入

		}
		//pos位置之前插入
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
    
    
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);
			// prev newnode cur 链接关系
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			++_size;
			return newnode;
		}
		iterator erase (iterator pos)

		{
    
    
			assert(pos != end());
			Node* cur = pos._node;
			Node* next = cur->_next;
			Node* prev = cur->_prev;
			//prev next 
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete cur;
			--_size;
			return next;
		}

		size_t size()
		{
    
    
			return _size;
		}
		void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
		{
    
    
			insert(begin(),x);
		}
		void pop_back()
		{
    
    
			erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
		}
		void pop_front()
		{
    
    
			erase(begin());
		}

	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
	void test_list1()
	{
    
    
		list<int> lt1;
		lt1.push_back(1);
		lt1.push_back(2);

		list<int>::iterator it = lt1.begin();//拷贝构造
		while (it != lt1.end())
		{
    
    
			cout << *it << " ";
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
	void test_list2()
	{
    
    
		list<int> lt1;
		lt1.push_back(1);
		lt1.push_back(2);

		list<int> lt2 (lt1);
		for (auto e : lt1)
		{
    
    
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

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