用庫造一個list的輪子 【C++】

文章目錄

  • list的模擬實現
    • 默認成員函數
      • 構造函數
      • 拷貝構造函數
      • 賦值運算符重載
      • 析構函數
    • 迭代器
      • 迭代器為什么要存在？
      • const_iterator
      • begin和end
    • insert
    • erase
    • push_back && pop_back
    • push_front &&pop_front
    • swap
  • 完整代碼

list的模擬實現

默認成員函數

構造函數

list是一個帶頭雙向循環鏈表，在構造一個list對象時，new一個頭結點，并讓其prev和next都指向自己即可。

  	void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}//默認構造list(){empty_init();}

拷貝構造函數

//拷貝構造函數
list(const list<T>& lt)
{_head = new node; //申請一個頭結點_head->_next = _head; //頭結點的后繼指針指向自己_head->_prev = _head; //頭結點的前驅指針指向自己for (auto & e : lt) //兩個 e都是同一個{push_back(e); //將容器lt當中的數據一個個尾插到新構造的容器后面}
}

賦值運算符重載

版本一（推薦）：
參數不使用引用，讓編譯器自動調用list的拷貝構造函數構造出來一個list對象，然后調用swap函數將原容器與該list對象進行交換

這樣做相當于將應該用clear清理的數據，通過交換函數交給了容器lt，而當賦值運算符重載函數調用結束時，容器lt會自動銷毀，并調用其析構函數進行清理。

list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造// lt1 = lt2{this->swap(lt);return *this; }

版本二：
先調用clear函數將原容器清空，然后將容器lt當中的數據，通過遍歷的方式一個個尾插到清空后的容器當中即可。

  
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{if (this != &lt) //避免自己給自己賦值{clear(); //清空容器for (const auto& e : lt){push_back(e); //將容器lt當中的數據一個個尾插到鏈表后面}}return *this; //支持連續賦值
}

析構函數

對對象進行析構時，首先調用clear函數清理容器當中的數據，然后將頭結點釋放，最后將頭指針置空

	 	void clear(){iterator it = begin();while (it!= end() )	{it = erase(it);}_size = 0;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}

迭代器

迭代器為什么要存在？

string 和vector的迭代器

string和vector將數據存儲在一段連續的內存空間，那么可以通過指針進行自增、自減以及解引用等操作，就可以對相應位置的數據進行一系列操作，所以string和vector是天然的迭代器

在這里插入圖片描述
list的迭代器
list中各個結點在內存當中的位置是隨機的，不一定是連續的，我們不能僅通過結點指針的自增、自減以及解引用等操作對相應結點的數據進行操作 ,采用類封裝迭代器，在迭代器類的內部，重載 ++ 、 --、 *、 -> 、 !=、 == 這些迭代器會用到的運算符

在這里插入圖片描述

const_iterator

在const迭代器中，const迭代器指向的內容不能被修改。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，有兩種解決方案 ：
1 再封裝一個const迭代器類

	template< class T>//const 迭代器 ，讓迭代器指向的內容不能修改， 迭代器本身可以修改struct __list_const_iterator{typedef list_node<T>  Node;//構造函數__list_const_iterator(Node* node):_node(node){}const T& operator*()//出了作用域，節點的值還在，用引用//const： 返回節點的值，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出了作用域就被銷毀 ，用傳值返回 }bool operator==(const __list_iterator<T>& it){return *this == it._node;}bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//傳值返回，返回的是拷貝，是一個臨時對象，臨時對象具有常性{return *this != it._node;}Node* _node;};

2 選擇增加模板參數，復用代碼（推薦）

template<class T, class Ref, class Ptr>

在這里插入圖片描述

c++庫就是用的這種解決方案

	//template<class T> //list類存儲的數據是任意類型，所以需要設置模板參數//普通迭代器//Ref是引用 ，Ptr是指針template<class T,class Ref,class Ptr>struct  __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;//構造函數__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);//拷貝構造_node = _node->_next;return tmp; // tmp出了作用域就被銷毀 ，用傳值返回 }bool operator!= (const self& it){return _node != it._node;}bool operator== (const self & it){return _node == it._node;}Node* _node;};template<class T>//list類存儲的數據是任意類型，所以需要設置模板參數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 //能直接顯示構造最好顯式構造，不要把決定權給編譯器進行單參數的隱式類型轉換iterator end()  //最后一個數據的下一個位置，即頭節點{//return _head; // _head的類型是list_node<T>* ，iterator的類型是__list_iterator<T> ，類型不一致，涉及到單參數的構造函數支持隱式類型轉換 //還可以寫成 return iterator(_head);return iterator(_head);}iterator begin()//第一個數據的位置，即頭節點的下一個位置{//return _head->_next;//單參數的構造函數支持隱式類型轉換//還可以寫成 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);}//默認構造list(){empty_init();}// lt2(lt1)//還沒有實現const_iteratorlist(const list<T>& lt){empty_init();//拷貝數據for (auto & e :lt )//遍歷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)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造// 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);//在最后一個數據的下一個位置插入}//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 鏈接關系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，減少拷貝{insert(begin(),x);}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一個數據的下一個位置，需要--，到達最后一個數據，這樣才是尾刪}void pop_front(){erase(begin());}private:Node* _head;size_t _size;};

當我們定義const對象時，會自動調用const修飾的迭代器。當調用const修飾的迭代器時，__list_iterator的模板參數就會實例化為const T&。實際上在實例化時，const和非const修飾的還是兩個不同類，只不過是實例化的代碼工作交給了編譯器處理了。

begin和end

對于list,第一個有效數據的迭代器就是頭結點后一個結點
begin函數返回的是第一個有效數據的迭代器，即頭節點的下一個位置
end函數返回的是最后一個有效數據的下一個位置的迭代器，即頭節點

		iterator end()  //最后一個數據的下一個位置，即頭節點{return _head; // _head的類型是list_node<T>* ，iterator的類型是__list_iterator<T> ，類型不一致，涉及到單參數的構造函數支持隱式類型轉換 //還可以寫成 return iterator(_head);}iterator begin()//第一個數據的位置，即頭節點的下一個位置{return _head->_next;//單參數的構造函數支持隱式類型轉換//還可以寫成 return iterator(_head->_next)}

const對象的begin函數和end函數

	const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);//返回使用頭結點后一個結點}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);//返回使用頭結點}

insert

在這里插入圖片描述

重新改變prev newnode cur 三者之間的鏈接關系

 	//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 鏈接關系prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return newnode;}

erase

在這里插入圖片描述
改變prev和next之間的鏈接關系，然后釋放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);//在最后一個數據的下一個位置插入}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一個數據的下一個位置，需要--，到達最后一個數據，這樣才是尾刪}

push_front &&pop_front

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

swap

swap函數用于交換兩個容器，list容器當中存儲的是鏈表的頭指針和size，我們將這兩個容器當中的頭指針和size交換

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

注意： 這里調用庫里的swap模板函數，需要在swap函數之前加上“std::”，告訴編譯器在c++標準庫尋找swap函數，否則編譯器編譯時會認為你調用的是正在實現的swap函數（就近原則）

總結

在這里插入圖片描述

完整代碼

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<list>
using namespace std;
namespace cxq
{//list類存儲的數據是任意類型，所以需要設置模板參數template<class T>//節點struct list_node{//構造函數list_node(const T& val = T()) //缺省值是匿名對象,c++對內置類型進行了升級:_prev(nullptr), _next(nullptr), _val(val){}list_node<T>* _prev;list_node<T>* _next;T _val;};//template<class T> //list類存儲的數據是任意類型，所以需要設置模板參數//普通迭代器//Ref是引用 ，Ptr是指針template<class T,class Ref,class Ptr>struct  __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;//構造函數__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);//拷貝構造_node = _node->_next;return tmp; // tmp出了作用域就被銷毀 ，用傳值返回 }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 ，讓迭代器指向的內容不能修改， 迭代器本身可以修改//struct __list_const_iterator//{//	typedef list_node<T>  Node;//	//構造函數//	__list_const_iterator(Node* node)//		:_node(node)//	{//	}//	const T& operator*()//出了作用域，節點的值還在，用引用//		//const： 返回節點的值，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出了作用域就被銷毀 ，用傳值返回 //	}//	bool operator==(const __list_iterator<T>& it)//	{//		return *this == it._node;//	}//	bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//傳值返回，返回的是拷貝，是一個臨時對象，臨時對象具有常性//	{//		return *this != it._node;//	}//	Node* _node;//};template<class T>//list類存儲的數據是任意類型，所以需要設置模板參數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 //能直接顯示構造最好顯式構造，不要把決定權給編譯器進行單參數的隱式類型轉換iterator end()  //最后一個數據的下一個位置，即頭節點{//return _head; // _head的類型是list_node<T>* ，iterator的類型是__list_iterator<T> ，類型不一致，涉及到單參數的構造函數支持隱式類型轉換 //還可以寫成 return iterator(_head);return iterator(_head);}iterator begin()//第一個數據的位置，即頭節點的下一個位置{//return _head->_next;//單參數的構造函數支持隱式類型轉換//還可以寫成 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);}//默認構造list(){empty_init();}// lt2(lt1)//還沒有實現const_iteratorlist(const list<T>& lt){empty_init();//拷貝數據for (auto & e :lt )//遍歷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)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值沒有引用傳參，間接調用拷貝構造// 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);改變鏈接關系 ///*newnode = tail->next;*///tail->_next = newnode;//newnode->_prev = tail;//_head->_prev = newnode;//newnode->_next = _head;insert(end(), x);//在最后一個數據的下一個位置插入}//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 鏈接關系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，減少拷貝{insert(begin(),x);}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一個數據的下一個位置，需要--，到達最后一個數據，這樣才是尾刪}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();//拷貝構造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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