今天我们了解list,list在python中是列表的意思 ,但是在C++中它是一个带头双向循环链表:
有了前面的string和vector的模拟实现,我们的list的模拟实现算是轻车熟路了,我们要想模拟实现list就需要了解list在库里面的源码,我们用everything查找一下
可以看到,在list的类里面成员参数只有一个,但是这个参数是此前定义的一个结构体,它包含了,next,prev和当前节点存储的data,所以我们同样需要去自定义一个结构体
我们首先把定义一个结构体,就是list的节点的结构,同时在里面定义一个构造新节点的函数:
template <class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
, _prev(nullptr)
, _next(nullptr)
{}
};
然后我们就可以在命名空间内定义list类了: 为了可读性和代码的简洁,我就用Node来作为list_node的重命名了
namespace jh
{
template <class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node* _prev;
list_node* _next;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
, _prev(nullptr)
, _next(nullptr)
{}
};
template <class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}
我们首先就拿下最难啃的一块骨头:
我们再次查看list的源码就会发现: 迭代器同样地使用了一个结构体来构造,所以这里我们也采用结构体
我们先整体地构造一个框架: 至于模块的地方为什么有多个参数我稍后做讲解,这是一个很重要的点 迭代器就是一个节点,我们同时定义一个拷贝构造的函数
template <class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
};
++和–的重载: 迭代器最常用的点就是++和–,因为我们需要用迭代器来初始化等等,我们就首先在结构体内重载++和–: 括号后面又int的我们之前的博客也进行学习过,它是后置,编译器会自动识别的,temp就是一个匿名对象,他的生命周期只有一行,这里的->运算符我们之后也要做重载,不然不能用 这里还有一个需要注意的点: 前置是返回对象本身,所以用引用返回减少拷贝,但是后置返回的是对象temp临时变量,是一个常量,不能用引用
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& opetrator--()
{
_node = _node->prev;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->next;
return temp;
}
self operator--(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->prev;
return temp;
}
*和->的重载: *是解引用,就是返回迭代器所存储的数据,返回data就是 —>操作符前的是一个地址,所以就取地址就可以了,这里的Ref和Ptr就派上用场了
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->data;
}
!=和==操作符重载: 这里用bool类型就可以了,直接返回它们之间的关系即可
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
迭代器就完成了: 增加Ref和Ptr的作用就是为了随时适应,例如需要const T或者const T*这种,这样就省去了const迭代器的代码,更加简洁了,这是迭代器的妙处之一!
template <class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator--()
{
_node = _node->prev;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->next;
return temp;
}
self operator--(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->prev;
return temp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->data;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
迭代器解决后我们就可以将其应用到list类里了: 这里大家记住: begin就是头节点head的下一个节点 end就是head节点
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
构造函数我们必须有一个头节点head,同时我们要知道当list为空时,head的next和prev都是head本身
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
insert函数要做的就是首先构造一个新的节点,然后插入,插入很简单,我们在数据结构中学过,这里不做过多的讲解: 记住最后要返回插入的那个新节点!
iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
return iterator(newnode);
}
erase函数同样地也是用数据结构的知识来操作,但是erase函数返回的是删除pos位置的下一个位置的迭代器:
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
这些我们在有了解决了erase和insert之后可以直接复用了:
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
拷贝构造函数我们依旧用pushback和语法糖来实现: 逐一将lt中的元素尾插进入即可
list(const list<t>T& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
赋值操作符重载我们用swap解决,直接调用std库里的swap函数即可:
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
我们先定义一个clear函数用于清理空间,然后复用,记住将head节点释放:
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);//erase每次返回的都是it的next,故可以这样写
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
到这里,list的模拟实现差不多就结束了,感谢大家的支持!
完整代码如下:
using namespace std;
namespace jh
{
template <class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
, _prev(nullptr)
, _next(nullptr)
{}
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->_next;
return temp;
}
self operator--(int)
{
self temp(*this);
_node = _node->_prev;
return temp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
template <class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
return iterator(newnode);
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
}
list<int>& operator=(list<int> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}