文章目录
- 前言
- 成员变量
- 成员函数
- 迭代器
- self& operator++()前置++
- self operator++(int)后置++
- self operator--()前置--
- self operator--(int)后置--
- bool operator!=(const self & tmp)判断是否相等
- T* operator*() 解引用操作
- list()初始化
- iterator begin()
- iterator end()
- const_iterator begin()const
- const_iterator end()const
- iterator insert(iterator pos, const T& val)在pos位置插入val
- void push_back(const T& val)在尾部位置后插入
- void push_front(const T& val)在头部位置插入
- iterator erase(iterator pos)
- void pop_back()//删除最后一个元素
- void pop_front()删除第一个元素
- list(list<T>& tmp)拷贝构造
- void swap(list<int>&tmp)交换两个list
- list< T>& operator=(list< T> it)赋值
- int size()判断有多少元素
- bool empty() 判断list是否为空
- T& front()取首元素
- T& back()取尾元素
- void clear()清空元素
- ~list()析构
- 再谈迭代器
- 完整代码
- 总结
前言
我们都清楚c++中的容器list，本质上就是一个带头双向循环链表，接下来我们实现一下list的底层，帮助我们更深层次的了解list的结构和使用
成员变量
我们知道这个节点有三部分构成 _prev,_next,_val;每个节点看作list的一个元素，这又是一个双向带头循环链表，那么我们如果仅仅知道头节点，就可以访问遍历链表中的所有元素。
//类模板
template < class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val=T()) //初始化
:_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
,_data(val)
{ }
ListNode* _prev;//指向前一个元素
ListNode* _next;//指向后一个元素
T _data;//当前节点的值
};
有了这个结点之后，我们在实现list是创建一个头节点就可以控制这个链表了
template
class list
{
//模板+类–》类型
typedef ListNode Node;
private:
Node* _head;
};
在class类中，默认为私有的，在struct中默认为公有，只有将这个节点定义为公有，我们才可以访问。
那这里采用内部类的方法不行吗？？
答案是不行的，如果我们吧struct定义在内部类中，外部list类就无法访问struct中的元素了。
成员函数
迭代器
我们在实现vector中，迭代器我们并没有实现，或者说我们不需要实现，因为vector容容器的结构很特殊，是一块连续的物理空间。加加，解引用等方式很容易实现。
我们看一下迭代器，是一个个地址不连续的指针
那我们怎末实现呢
我们很清楚迭代器的实质就是一个指针，在这个list中就是哟个listNode的指针。
我们要实现迭代器的操作，可以采用运算符重载的方式实现，但是这里又出现了新的问题，迭代器是一个内置类型，只有自定义类型才可以实现自定义类型重载，所以我们需要都这个指针进行封装，变成一个自定义类型
template< class T >
struct ___list_iterator
{
typedef ListNode< T> Node;//方便我们使用
typedef ___list_iterator< T> self;//方便使用，我们会用到
___list_iterator(Node* x)//初始化
:_node(x)
{}
Node* _node;//成员变量
};
在这里面实现我们需要的功能，
list::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
std::cout << *it << " ";
++it;
}
std::cout << std::endl;
我们需要实现前置++,后置++,前置- -，后置- -，解引用，判断是否相等。我们依此来看一下
self& operator++()前置++
self& operator++()//++返回的是一个
{
_node = _node->_next;//我们仅需要让指针往后移动一个节点就可以
return *this;
}
self operator++(int)后置++
这里只能用self,不能用self&，因为返回的是一个临时对象
self operator++(int)//后置++也是返回一个节点，
{
self tmp(*this);//首先拷贝一份
_node = _node->next;//指针向后移动一个节点
return tmp;//返回拷贝的值
}
self operator–()前置–
self& operator–()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator–(int)后置–
self operator–(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->perv;
return tmp;
}
bool operator!=(const self & tmp)判断是否相等
bool operator!=(const self & tmp)
{
return _node != tmp._node;//判断两个指针是否指向同一块空间就可以
}
T* operator*() 解引用操作
T* operator*()
{
return _node->_data;
}
list()初始化
list()
{
我们初始化仅仅初始化头节点就可以
empty_list();//我们可以通过调用这个函数创建头节点
}
void empty_list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
iterator begin()
iterator begin()
{
return _head->_next;//第一个元素就是头节点后面的那个元素
}
iterator end()
iterator end()
{
return _head;//最后一个元素的下一个就是head
}
const_iterator begin()const
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
const_iterator end()const
{
return _head;
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)在pos位置插入val
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* cur = pos._node;//我们首先需要取到迭代器中的元素
Node* newnode = new Node(val);//创建新节点
Node* prev = cur->_prev;//保留之前的节点
prev->_next = newnode;//改变指向
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return newnode;//返回新节点
}
我们来看一下这里的insert有没有迭代器失效的问题？？
void push_back(const T& val)在尾部位置后插入
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);//我们可以直接进行复用
}
void push_front(const T& val)在头部位置插入
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
iterator erase(iterator pos)
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//断言一下，不是删除头节点
Node* cur = pos._node;//取到迭代器中的元素
Node* prev = cur->_prev;//记录前一个位置
Node* next = cur->_next;//记录后一个位置
delete cur;//释放当前元素
prev->_next = next;//改变指向
next->_prev = prev;
return next;//返回删除元素的下一个位置
}
我们来看一下这里会不会有迭代器失效的问题??
我们发现这里存在迭代器失效的问题，并且很大，这个元素删除了之后，之后很可能还需要用到这个元素，继续删除，如果不及时更新，就会出现大问题。
void pop_back()//删除最后一个元素
void pop_back()
{
erase(–end());//我们要注意end是哪个位置
}
void pop_front()删除第一个元素
void pop_front()
{
erase(begin());
}
list(list& tmp)拷贝构造
在这里我们有很多方式实现，我们来看一种比较简单的
list(list< T>& tmp)
{
empty_list();//首先创建一个头节点
//遍历
for (const auto& e : tmp)
{
push_back(e);//取数据依次插入这个新的头结点中
}
}
void swap(list&tmp)交换两个list
void swap(list< int>&tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);//我们仅仅改变两个list的指针就可以
}
list< T>& operator=(list< T> it)赋值
list< T>& operator=(list< T> it)
{
swap(it);
return *this;
}
我们再来看一下这个过程，我们假设lt1=lt2;
因为list< T> it这里，lt2会产生一份临时拷贝it
我们swap(it)，本质就是将it与lt1的内容进行交换
it是临时变量，出了作用域就销毁了，我们就完成了赋值任务
int size()判断有多少元素
int size()
{
int count = 0;//记录一个变量，一个个统计即可
for (const auto& e : *this)
{
count++;
}
return count;
}
bool empty() 判断list是否为空
bool empty()
{
return size() == 0;//我们只需要判断list是否有元素
}
T& front()取首元素
T& front()
{
return _head->_next->_data;
}
T& back()取尾元素
T& back()
{
return _head->_prev->_data;
}
void clear()清空元素
一个个删除元素即可
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
~list()析构
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
再谈迭代器
我们已经实现了普通迭代器，但是对于const都迭代器，我们还需要实现。
我们再来看一下const迭代器，并不是这个迭代器指针不可以修改，而是迭代器指针所指向的内容不可以修改。
那我们是不是可以在普通迭代器的基础上再新增一个const迭代器，我们仅需要修改解引用的那块操作就可以，其他实现的功能都是相同的。
template<class T >
struct ___list_const_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ___list_const_iterator<T> self;
___list_const_iterator(Node* x)
:_node(x)
{}
//不等于
bool operator!=(const self& tmp)
{
return _node != tmp._node;
}
//解引用
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
//前置后置++
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->perv;
return tmp;
}
//需要返回一个地址
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Node* _node;
};
虽然这样可以完成我们的功能，但是总感觉代码有点冗余，const迭代器和普通迭代器有太多重复内容，那我们可不可以通过一种方法将这两种迭代器进行合并呢？？
我们来看一下！！！
我们注意到，const T& operator*()和T& operator*()仅仅是返回值不同，我们又不能把两个方法放在同一个迭代器中，我们可以利用传参的方式进行解决，我们来看一下这种操作
模板传递的是类型，根据传参的不同调用自己合适的模板参数，这两个是完全不同的类型，我们这样就可以轻松完成我们的工作，仅仅使用一个迭代器就完成了两个功能
完整代码
namespace peng
{
template <class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val=T())
:_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
,_data(val)
{ }
ListNode* _prev;
ListNode* _next;
T _data;
};
//
//迭代器
//不连续,
template<class T,class Ref >
struct ___list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ___list_iterator<T,Ref> self;
___list_iterator(Node* x)
:_node(x)
{}
//不等于
bool operator!=(const self & tmp)
{
return _node != tmp._node;
}
//解引用
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
//前置后置++
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->perv;
return tmp;
}
//需要返回一个地址
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Node* _node;
};
//默认私有
template<class T>
class list
{
//模板+类--》类型
typedef ListNode<T> Node;
public:
// typedef ___list_iterator<T, T&,T*> iterator;
// typedef ___list_iterator<T, const T&,const T*> const_iterator;
typedef ___list_iterator<T,T&> iterator;
typedef ___list_iterator<T,const T&> const_iterator;
list()
{ empty_list();
}
void empty_list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//l1(l2)
list(list<T>& tmp)
{
empty_list();
//遍历
for (const auto& e : tmp)
{
push_back(e);
}
}
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
{
return _head;
}
void swap(list<int>&tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
list<T>& operator=(list<T> it)
{
swap(it);
return *this;
}
int size()
{
int count = 0;
for (const auto& e : *this)
{
count++;
}
return count;
}
bool empty()
{
return size() == 0;
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(val);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return newnode;
}
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return next;
}
T& front()
{
return _head->_next->_data;
}
T& back()
{
return _head->_prev->_data;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
Node* _head;
};
}
总结
以上就是今天要讲的内容，本文仅仅详细介绍了C++list的模拟实现，希望对大家的学习有所帮助，仅供参考 如有错误请大佬指点我会尽快去改正 欢迎大家来评论~~ 😘 😘 😘
