【STL】模拟实现反向迭代器

news2024/11/13 23:40:45

1. 读源码

2. 搭建框架

3. 迭代器的操作

operator*()

operator->()

operator++()

operator--()

operator!=()

4. 实现 list 的反向迭代器

5. 实现 vector 的反向迭代器

6. 源码分享

写在最后：

1. 读源码

我们之前实现的 vector，list 好像都只实现了他们的正向迭代器，那有正向，

会有反向迭代器这种东西吗？答案是有的，那我们该怎么实现呢？

实际上根据我们之前的经验，根据每个容器的特色实现一份就好了，

但是之前在读源码的时候，好像并没有看到源码实现，这是怎么一回事呢？

来读读 list 的源码是怎么做的：

我们在这里找到了 list 的反向迭代器，他没有自己实现，

而是直接使用了这个 reverse_iterator 的类模板，这又是怎么一回事呢？

我们在 STL 源码的 stl_iterator.h 文件中找到了答案：

这里面竟然存在这样一个类，reverse_iterator，难道说其他的容器，

也都不是自己实现一份反向迭代器，而是直接使用这个类吗？

想到这里，我们赶紧去看一眼 vector 的源码：

发现了没有，他们的调用方式是一模一样的，都是同样的调用，

使用的类型是他们各自的迭代器类型，通过模板的特性，

让编译器实例化出不同的代码，达成实现他们各自的迭代器的目的，

非常巧妙的设计，只一份代码，让所有的容器的反向迭代器都复用，

那他是怎么实现的呢？我们来看看他实现的源码：

我们可以看到这个就是迭代器类型的成员变量了。

还是老规矩，看完成员变量，我们去看一下核心的接口实现，

先来看 ++ 的重载：

他的 ++ 就是让原先的正向迭代器执行 -- 操作，没毛病，

再来看 -- 的重载：

也没毛病，我们再来看看他的解引用操作：

这下怪了，为啥解引用取到的位置是原先位置的前一个位置呢？

那我们就得去看看那些容器的反向迭代器是怎么确定初始位置的了，

先来看 list 的：

正向迭代器的 begin 就是第一个位置，end 就是哨兵位的头结点，

但是 rbegin 用的是 end 来初始化反向迭代器，也就是他在 end 的位置（哨兵位上）

而 rend 用的是 begin 来初始化反向迭代器，也就是他在 begin 的位置（第一个位置上）

我们也可以看一下 vector 是不是这样的：

可以看到也是这样的。

那这样好像不太对啊，如果直接使用迭代器，

第一次解引用就会出问题：（这里我写段伪代码感受一下）

rit = rbegin()

while(rit != rend()) {

cout << *rit << endl; // 这里就出问题了

rit++;

}

所以库里在实现的解引用操作符的时候，解引用的就是他的前一个位置，

我再截出来看一眼：

现在看的也差不多了，马上开始动手实现吧~

2. 搭建框架

namespace xl {
	template <class Iterator>
	class reverse_iterator {
	private:
		Iterator _it;

	public:
		reverse_iterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}
	};
}

其实框架就一点点啦，

就是写个成员变量，写个构造函数就差不多完成啦。

3. 迭代器的操作

operator*()

我们直接上手：

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

这个时候我们遇到了一些困难，

我们该怎么返回这个值呢？还是跟之前一样我们需要让他支持 const 类型，

先来看看源码是怎么实现的：

他这里的 reference 通过了一系列的复杂操作然后套了出来，

这里他用的操作是萃取，比较的麻烦，还涉及模板的特化，

所以我们打算用一个比较方便暴力的方法，就是通过模板参数直接传过来：

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

这样下面的实现也解决了：

operator->()

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

operator++()

这里我们再顺便把类名 typedef 一下，因为他太长了：

然后来实现 ++ ：（这里我都是前置和后置都实现了）

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

self operator++(int) {
	self tmp = _it;
	--_it;
	return tmp;
}

operator--()

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

self operator--(int) {
	self tmp = _it;
	++_it;
	return tmp;
}

operator!=()

直接用正向迭代器的 != 比较即可：

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

4. 实现 list 的反向迭代器

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

reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); }
const_reverse_iterator rbegin() const { return reverse_iterator(end()); }
reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); }
const_reverse_iterator rend() const { return reverse_iterator(begin()); }

我们来测试一下：

#include "iterator.h"
#include "list.h"

int main()
{
	xl::list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);

	for (auto e : lt) cout << e << " ";
	cout << endl;

	xl::list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
	while (rit != lt.rend()) {
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;

	return 0; 
}

输出：

输出没毛病~

5. 实现 vector 的反向迭代器

跟 list 一模一样的操作（直接把代码粘过来即可）

然后我们直接测试：

void test_vector() {
	xl::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	for (auto e : v) cout << e << " ";
	cout << endl;

	xl::vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend()) {
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
}

输出：