【C++】模拟实现List的正向和反向迭代器（iterator、reverse_iterator）

news2024/10/5 23:29:09

文章目录

    • 1、搭建List的基本框架
    • 2、List中iterator和const_iterator
    • 3、反向迭代器revser_iterator

1、搭建List的基本框架

STL中List容器底层是一个双向带头循环链表。
在这里插入图片描述

这里简单搭建一个List，下面我们不断完善。
思路：
1、List作为一个双向带头链表，所以除了创建一个List类，还需要有一个结点结构体有着可以被外部访问的成员prev、next、data。
2、List应当有一个哨兵结点，所以默认构造必须我们写且初始化一个结点设为哨兵结点。

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

namespace test
{
	template<class T>
	struct Node
	{
		struct Node<T>* _prev;
		struct Node<T>* _next;
		T _data;
		
		//在后续插入建立新结点，初始化
		Node(const T& x = T())
			:_prev(nullptr)
			,_next(nullptr)
			,_data(x)
		{}
	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef struct Node<T> node;
	public:
		void initlist()
		{
			_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;

			_size = 0;
		}

		// 构造
		list()
		{
			initlist();
		}
		

	private:
		node* _head;
		size_t _size;
	};


}

 

2、List中iterator和const_iterator

C++中的迭代器iterator虽然在使用上可以当成指针一样用，但是对于List如果要像指针一样，那么就需要对iterator的运算符进行重载实现。
那么可以将iterator封装成一个类进行实现。
 
有了迭代器，list就可以实现begin()和end()对链表结点进行定位。
并且也能在特定位置实现insert。

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

namespace test
{
	template<class T>
	struct Node
	{
		...
	};


	template<class T>
	class iterator
	{
		typedef struct Node<T> node;
	public:
		iterator(node* it)
			:_node(it)
		{}

		//前置
		iterator& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		//后置
		iterator& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		bool operator!=(iterator& it)
		{
			return it._node != _node;
		}

		T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		node* getnode()
		{
			return _node;
		}

	private:
		node* _node;
	};


	template<class T>
	class list
	{
		typedef struct Node<T> node;
		typedef iterator<T> iterator;
	public:

		iterator begin()
		{
			return iterator(_head->_next);
		}

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


		void initlist()
		{
			_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;

			_size = 0;
		}

		// 构造
		list()
		{
			initlist();
		}

		//拷贝构造
		template <class InputIterator>
		list(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			initlist();

			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
		{
			node* newnode = new node(x);
			node* cur = pos.getnode();
			node* prev = cur->_prev;

			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			_size++;

			return iterator(newnode);
		}

		void push_back(T x = T())
		{
			insert(end(), x);
		}
		
	private:
		node* _head;
		size_t _size;
	};
}

const_iterator

对于const对象，迭代器也需要用const的。
对于const迭代器，不能写成const iterator it 这修饰的是it，需要修饰的iterator所以需要一个新的类型const_iterator

const_iterator保证的是被指向的结点内容不能变化。
下面看两种情况
在这里插入图片描述

对于const和非const类型的改变，可以直接通过模板的类型泛型进行更改。

	// 同一个类模板实例化出的两个类型
	// typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
	// typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
	template<class T>
	class list_iterator
	{
		typedef struct Node<T> node;
	public:
		typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self
		list_iterator(node* it)
			:_node(it)
		{}

		//前置
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

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

		bool operator!=(list_iterator<T> x) const
		{
			return _node != x._node;
		}

		/*T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}*/

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

		Ptr operator->()
		{
			return &(_pnode->data);
		}

		node* getnode()
		{
			return _node;
		}

	private:
		node* _node;
	};

编译器对it->_col这个位置做了一个优化，本来获取data地址后应该是it->->_col，但是编译器做了优化就是it->_col，但it.operator->()->_col这样不会受影响。

	struct Pos
	{
		int _row;
		int _col;

		Pos(int row = 0, int col = 0)
			:_row(row)
			,_col(col)
		{}
	};
	void Print_list(const list<Pos>& lt)
	{
		list<Pos>::const_iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//我们知道it的底层
			//cout << (*it)._col << " " << (*it)._row << endl;
			//cout << (&(*it))->_row << ":" << (*it)._col << endl;
			//普通认为是指针
			cout << it->_col << " " << it->_row << endl;
			//cout << it.operator->()->_col << " " << it.operator->()->_row << endl;
			++it;
		}
		cout << endl;

	}

 

3、反向迭代器revser_iterator

反向迭代器就是从链表的尾部到头部。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在底层rend()其实就是begin()，rbegin()其实就是end()，
并且reverse_iterator其实是一个适配器，通过iterator封装的一个类，
所以如果实现了一个容器的正向迭代器，那么反向迭代器就一定能实现。

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

namespace test
{
	template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
	class ReverseIterator
	{
		typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
	public:
		ReverseIterator(Iterator it)
			:_it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator tmp = _it;
			return *(--tmp);
		}

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

		self operator++()
		{
			--_it;
			return *this;
		}

		self operator--()
		{
			++_it;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const self& s) const
		{
			return _it != s._it;
		}
	private:
		Iterator _it;
	};


	template <class T>
	struct ListNode
	{
		struct ListNode<T>* _next;
		struct ListNode<T>* _prev;
		T data;

		ListNode(T x = T())
			:_next(nullptr)
			,_prev(nullptr)
			,data(x)
		{}
	};

	template <class T, class Ref, class Ptr>
	struct list_iterator
	{
		typedef struct ListNode<T> node;
		typedef struct list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;

		list_iterator(node* p)
			:_pnode(p)
		{}

		bool operator!=(Self x) const
		{
			return _pnode != x._pnode;
		}

		bool operator==(Self x) const
		{
			return _pnode == x._pnode;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(_pnode->data);
		}

		Ref operator*()
		{
			return _pnode->data;
		}

		Self& operator++() 
		{
			_pnode = _pnode->_next;
			return *this;
		}

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

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

		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_pnode = _pnode->_prev;
			return tmp;
		}

		node* _pnode;
	};


	template <class T>
	class list
	{
		typedef struct ListNode<T> node;
	public:
		//简化类型
		typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

		typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
		typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;


		iterator begin()
		{
			return iterator(_head->_next);
		}

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

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

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

		reverse_iterator rbegin()
		{
			return end();
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return begin();
		}

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

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

		void initlist()
		{
			_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;

			_size = 0;
		}

		//构造
		list()
		{
			initlist();
		}

		//构造
		template <class InputIterator>
		list(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			initlist();

			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

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

		list(const list<T>& lt)
		{
			initlist();

			list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
			swap(tmp);
		}

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

		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		
		~list()
		{
			clean();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		void push_back(T x = T())
		{
			insert(end(), x);
		}

		void push_front(T x = T())
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
		{
			node* newnode = new node(x);
			node* cur = pos._pnode;
			node* prev = cur->_prev;

			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			_size++;

			return iterator(newnode);
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			node* cur = pos._pnode;
			node* prev = cur->_prev;
			node* next = cur->_next;
			delete cur;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			_size--;

			return iterator(next);
		}

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

	private:
		node* _head;
		size_t _size;
	};

总结：
list迭代器为了重载其多个操作符，所以弄了一个封装类。迭代器在不同场景经过操作符函数返回了不同类型，其中还要区别const类型，通过模板泛型能方便我们应对这些情况。
 
反向迭代器是对正向迭代器的封装，所以实现了正向迭代器就能实现反向迭代器。

本节完~

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