C++ ——STL容器【list】模拟实现

代码仓库：

list模拟实现

list源码

数据结构——双向链表

1. 节点结构体

源码的list是双向带头循环链表，所以我们定义两个节点，一个指向下一个，一个指向前一个

template<class T>
struct list_node
{
	list_node<T>* _next;	//指向下一个节点
	list_node<T>* _prev;	//指向前一个
	T _val;	//数据
	list_node(const T& val = T())
		:_next(nullptr)
		, _prev(nullptr)
		, _val(val)
	{}
};

2. list成员

list类包含一个_head头节点，然后为了方便查出当前有多少个节点，还能多定义一个_size

template<class T>
class list
{
    typedef list_node<T> Node;
public:
    // 各类操作方法
    //...
private:
    Node* _head;
    size_t _size;
}

3. 迭代器模板

源码的迭代器设置了三个模板参数：

• T：表示指向list节点的数据类型
• Ref：迭代器的引用类型，通常情况为T&，但也可表示const
• Ptr：表示指向节点的指针类型，通常情况下为T*，但也可表示const迭代器，避免代码的冗余

对于string或者是vector的迭代器，对其解引用就可以表示当前的数据；而list是链表，解引用之后表示的一个节点，所以相对会麻烦一点

//Ref T& / const T&
//Ptr T* / const T*
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
	typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
	typedef list_node<T> Node;
	Node* _node;
	__list_iterator(Node* node)
		:_node(node)
	{}


	Ref operator*()
	{
		return _node->_val;
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_val;
	}
	//前置++
	self& operator++()
	{
		_node = _node->_next;
		return *this;
	}
	//后置++
	self operator++(int)
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}

	//前置--
	self& operator--()
	{
		_node = _node->_prev;
		return *this;
	}
	//后置--
	self operator--(int)
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_prev;
		return tmp;
	}

	bool operator!=(const self& lt)
	{
		return _node != lt._node;
	}
	bool operator==(const self& lt)
	{
		return _node == lt._node;
	}

};

Tips:

迭代器并没有写拷贝构造，那么就是默认浅拷贝。这无关影响，因为我们就是希望通过这个迭代器找到这个节点

void test1()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
    //浅拷贝
	list<int>::iterator it = lt.begin();
    while(it!=lt.end())
    {
        cout<< *it << " ";
        ++it;
    }
    cout<<endl;
}

这里没有奔溃也是因为迭代器没有写析构函数，迭代器只是负责访问，并不负责管理

4. 迭代器

const const_iterator begin() const
{
	//单参数构造函数 隐式类型转换
	return _head->_next;
}
const const_iterator end() const
{
	return _head;
}


iterator begin()
{
	//单参数构造函数 隐式类型转换
	return _head->_next;
}
iterator end()
{
	return _head;
}

5. 插入删除操作

5.1 insert & erase

这里插入删除操作之后，也会存在当前迭代器失效，所以传修改完毕之后的迭代器位置

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
	Node* cur = pos._node;
	Node* tmp = new Node(x);
	Node* prev = cur->_prev;

	prev->_next = tmp;
	tmp->_next = cur;

	cur->_prev = tmp;
	tmp->_prev = prev;
	++_size;
	return tmp;
}
iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos != end());
	Node* cur = pos._node;
	Node* next = cur->_next;
	Node* prev = cur->_prev;

	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
	delete cur;
	--_size;
	return next;
}

5.2 push_back & push_front & pop_back & pop_front

写了指定位置插入删除之后，直接复用即可

void push_back(const T& x)
{
	insert(end(), x);
}

void push_front(const T& x)
{
	insert(begin(), x);
}

void pop_back()
{
	Node* tail = _head->_prev;
	erase(tail);
}
void pop_front()
{
	erase(begin());
}

6. 构造 & 析构 & 拷贝构造

查看源码发现list的构造和析构都采用了复用

清空链表

void clear()
{
	iterator it = begin();
	while (it != end())
	{
		it = erase(it);
	}
	//_size = 0;
}

复用

void empty_init()
{
	_head = new Node;
	_head->_next = _head;
	_head->_prev = _head;
	_size = 0;
}

list()
{
	empty_init();
}

list(const list<T>& lt)
{
	empty_init();
	for (auto& e : lt)
	{
		push_back(e);
	}
}
~list()
{
	clear();
	delete _head;
	_head = nullptr;
}

7. 赋值重载

这里还是采用现代的写法，交换完毕之后，自动调用析构函数

void swap(list<T>& lt)
{
	std::swap(_head, lt._head);
	std::swap(_size, lt._size);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
	swap(lt);
	return *this;
}

8. 获取元素个数

size_t size()
{
	return _size;
}

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以上就是list的基本功能实现，实质上就是双向带头循环链表，迭代器这块有点复杂。

那本期分享就到这里咯，我们下期再见，如果还有下期的话。