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
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 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:
_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。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)
{}
};
这里先写以下正向迭代器,后面默认成员函数会用上 and:
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
};
//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。
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。
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
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;
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:
*
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//解引用
Ref operator*()
{
Iterator prev = _it;
return *--prev; //返回上一位
}
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
无参构造
list()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
带参构造(初始化)
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
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;
}
}
常规拷贝
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);
}
list 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;
}
~list()
{
clear(); //清除list的所有元素
delete _head;
_head = nullptr;
}
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);
}
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;
}
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;
}
//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()
向任意位置插入节点: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:
insert()
函数在end()位插入x即可void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
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);
}
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:
end()
返回的是哨兵位,而--end()
即_head->prev
,即尾部节点void pop_back()
{
erase(--end());
}
begin()
位节点即可(即_head->next)void pop_front()
{
erase(begin());
}