文章目录
- 架构
- 代码实现
- listNode
- 正向迭代器
- 框架
- 迭代器函数重载
- *（解引用）
- ->（箭头指向）
- ++ -- != ==
- 反向迭代器
- 框架
- *（解引用）
- ->（箭头指向）
- ++ -- != ==
- list
- 默认成员函数
- 构造函数
- 拷贝构造
- 赋值重载
- 析构
- 正向迭代器函数
- begin() && end()
- 部分操作函数
- push_back()
- clear()
- list_print()
- insert()
- push_back()（简化）
- push_front()
- erase()
- pop_back()
- pop_front()
架构
首先由于自定义类不能和已有类重名，所以在自定义命名空间中进行list类的模拟
正向反向迭代器一般可以写成另外的头文件，引用一下即可，这里方便观察就不再额外写头文件
namespace aiyimu
{
template<class T>
struct ListNode//节点
{};
//template<class T>
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;//节点
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;//需要返回自身的函数时使用
//typedef __list_iterator<T> self;
Node* _node;
};
//反向迭代器
template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
class reverse_iterator
{
typedef reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
public:
//反向迭代器相关成员函数
private:
//成员变量
Iterator _it;
};
//list类
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
// const和非const
// 正向迭代器
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
// 反向迭代器
typedef reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
typedef reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
//成员函数
private:
//成员变量
Node* _head;//哨兵位
};
}
做一个简单解释：
- 这里是链式链表，是一个个节点组成的，所以模拟实现也一样创建listNode的结构体（节点）
- __list_iterator 是 list 中使用的迭代器，包含一个指向当前节点的指针 _node。同时定义了 self 别名，用于返回自身的函数时进行类型声明（比如–，++）
- 迭代器：
- iterator：正向迭代器，是 __list_iterator<T, T&, T*> 的别名，用于遍历链表中的元素。
- const_iterator：常量正向迭代器，是 __list_iterator<T, const T&, const T*> 的别名，用于在常量对象上遍历链表中的元素。
- reverse_iterator：反向迭代器，是 reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> 的别名，用于反向遍历链表中的元素。
- const_reverse_iterator：常量反向迭代器，是 reverse_iterator<iterator, T&, T*> 的别名，用于在常量对象上反向遍历链表中的元素。
代码实现
listNode
- 节点的结构体：
_next：指向链表中下一个节点的指针，初始值为nullptr。
_prev：指向链表中上一个节点的指针，初始值为nullptr。
_data：节点中保存的数据，类型为 T。 - 以及一个构造函数，将listNode的变量初始化
template<class T>
struct ListNode//节点
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data=T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_data(data)
{}
};
正向迭代器
这里先写以下正向迭代器，后面默认成员函数会用上 and：
- Ref 表示引用类型，通常是节点值的引用
- Ptr 表示指针类型，通常是节点值的指针
框架
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;//节点
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;//需要返回自身的函数时使用
Node* _node;//节点指针
__list_iterator(Node* x)
:_node(x)
{}
//迭代器赋值重载
};
迭代器函数重载
*（解引用）
//解引用
Ref operator*()
{
return _node->_data;//直接返回该节点的_data
}
为什么返回Ref？
而返回引用类型后，
operator*()返回的实际上是一个别名
它指向的是已有的节点值，并不需要额外的空间来存储该值。这样就可以有效地避免值拷贝，提高程序效率。
->（箭头指向）
- 对于一个指针 p，p->x 等价于 (*p).x，其中 x 是指针所指向的对象的一个成员。这是因为指针解引用操作符 * 的优先级更低，所以需要使用括号把它和 x 组合起来形成一个表达式。
- 在迭代器中，我们可以通过 _node 定位到链表中的某个节点，而节点中存储了元素的值。如果要对这个值进行访问：
一种方式是通过 *_node 访问该值，即取出节点指针所指向的节点，并解引用获取节点值。
另一种方式就是使用箭头操作符 ->，直接从节点指针中访问节点值，即 _node->_data。
- &_node->_data 就是取出指向节点的指针 _node 所指向的节点中存储的值，并返回指向该值的指针。
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
++ – != ==
这部分逻辑上并不难点，就不过多赘述
// ++it
self& operator++()
{
//前置++将_node到后一位 返回自己即可
_node = _node->_next;
return *this;
}
// it++
self operator++(int)
{
//后置++需要返回++前的自己，所以先拷贝构造一份自己，++后再返回tmp
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
// --it
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
// it--
self operator--(int)
{
__list_iterator<T> tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
//bool类型直接返回相应表达式判断
bool operator!=(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self& it) const
{
return _node == it._node;
}
++，–操作都是返回自身，这里使用self类型
反向迭代器
ps：反向迭代器这里是将近最后才进行实现的，在实现过程还是先写list的默认成员函数和操作函数好些；
- 反向迭代器和正向迭代器的差别就是方向相反，在实现++,–的重载时进行相反的操作即可（++时迭代器向前走）
框架
template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
class reverse_iterator
{
typedef reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
public:
//反向迭代器相关成员函数
reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
private:
//成员变量
Iterator _it;
};
先简单看一段c++反向迭代器的源码：
由此可以看出这里的源码实现中rend()对应begin()的位置，rbegin()对应end()
而源码中的解引用是取前一位，也是为了将指针对应，其实不是必需的，但这里按照源码的方式写：
*（解引用）
- 由于每次
*取的是前一位，所以当rbegin走到倒数第二位时（即正向第二个节点）就停下，但此时在倒数第二位已经把最后一位取出来，所以遍历不会出现问题 - 其余的部分疑问在正向迭代器中解答
//解引用
Ref operator*()
{
Iterator prev = _it;
return *--prev; //返回上一位
}
->（箭头指向）
Ptr operator->()
{
return &operator*();
}
++ – != ==
这里的实现和正向迭代器恰好相反即可
// ++it
self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
bool operator!= (const self& rit) const
{
return _it != rit._it;
}
++，–操作都是返回自身，这里使用self类型
list
默认成员函数
构造函数
无参构造
- 创建哨兵位头节点，让其自己指向自己
list()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
带参构造（初始化）
- 给链表传入n个值为val的T类型参数
- 插入过程用for循环遍历直接
push_back()（尾插函数，后面实现）即可
list(int n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
利用迭代器构造
- 和前者相差不大，就是传入参数是迭代器类型，这里
用模板参数InputIterator，因为不能确定传入的迭代器类型 - 插入过程利用传入的迭代器，当
first!=last就继续
template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
拷贝构造
常规拷贝
- 首先进行哨兵位的创建链接，然后通过迭代器构造 定义临时列表 tmp 存储lt的内容
- 用
std::swap交换两个哨兵位，完成拷贝构造
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
std::swap(_head, tmp._head);
}
赋值重载
list<T> lt：为传入的新容器副本，使用值传递方式传入std::swap(_head, lt._head)：将当前对象和副本对象的头节点指针交换，即将当前对象中原有的元素全部释放，再拷贝副本对象中的所有元素到当前对象中。实现了深拷贝操作。
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
return *this;
}
析构
- 析构函数用于清理资源，首先将list 的所有元素销毁
- 然后删除哨兵位再置空
~list()
{
clear(); //清除list的所有元素
delete _head;
_head = nullptr;
}
正向迭代器函数
begin() && end()
- begin和end函数主要用于使用迭代器时找到相应节点位置，分别为链表头和尾的位置。
- 同样进行const类和非const类两种写法
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);
}
部分操作函数
push_back()
- push_back()尾插函数，难点并不在此，创建节点之后更改链接关系即可
- 这里画个简图（链表是双向的，这里的箭头只是简要表示多个节点）
void push_back(const T& x)
{
Node* tail = _head->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
//建立链接关系
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
clear()
- 清空链表元素的函数：
- 用迭代器遍历链表，每次删除节点（这里需要每次创建一个临时del，因为如果直接删除it，就找不到下一个节点）
void clear()
{
iterator it = begin();、
//遍历删除
while (it != end())
{
iterator del = it++;
delete del._node;
}
//将哨兵位指针指向自己
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list_print()
- 打印链表：传入的参数为const类型，所以使用的迭代器也是const类
- 迭代器遍历链表，打印即可
//打印链表
void print_list(const list<int>& lt)
{
list<int>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
insert()
insert()向任意位置插入节点：- 保存pos位置的节点（要插入的位置）和pos前一位置的节点，并创建新节点
- 更改指针链接关系，这里作简图
- 返回迭代器类型用于 获取到新插入节点的指针，并将其作为迭代器返回，使用户能够方便地继续对容器进行操作
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;//pos当前位置
Node* prev = cur->_prev;//pos前一位置
Node* newnode = new Node(x);//创建节点
//链接关系
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);//返回新插入的节点
}
写完insert后可以对push_back进行简化并写出其余的插入：
push_back()（简化）
- 尾插直接调用
insert()函数在end()位插入x即可
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
push_front()
push_front()同理，头插直接调用insert()函数在begin()位插入x即可
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
erase()
- 和insert()相同道理，注意删除的位置不能为end()
- 保存pos前一位后一位，释放pos指向的空间，将pos前一位和后一位连接
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//不能删除哨兵位
Node* prev = pos._node->_prev;// pos的前一位
Node* next = pos._node->_next;// pos的后一位
delete pos._node;//删除该位置节点
//链接关系
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);//返回此时pos的位置即next
}
此时可以调用erase()写出头删尾删：
pop_back()
- 需要注意
end()返回的是哨兵位，而--end()即_head->prev，即尾部节点
void pop_back()
{
erase(--end());
}
pop_front()
- 删除
begin()位节点即可（即_head->next）
void pop_front()
{
erase(begin());
}
