list模拟实现【引入反向迭代器】
文章目录
- 1.适配器
-
- 1.1传统意义上的适配器
- 1.2语言里的适配器
- 1.3理解
- 2.list模拟实现【注意看反向迭代器】
-
- 2.1 list_frame.h
- 2.2riterator.h
- 2.3list.h
- 2.4 vector.h
- 2.5test.cpp
- 3.反向迭代器的应用
-
- 1.使用要求
- 2.迭代器的分类
1.适配器
1.1传统意义上的适配器
1.2语言里的适配器
- 容器适配器，如下：
- 迭代器适配器【以下会讲】
- 函数适配器【以后会讲】
1.3理解
所谓适配器，其实就是通过C++STL泛型编程的特性，使用模板参数实例化出不同的实体供调用者使用。根据传参实例化出不同实体的过程类似实际生活中的适配器【电源适配器可以转换不同伏特的电流供接收者使用】
例如：程序员实现了一个反向迭代器 在使用vector、list、map时可以将本身的正向迭代器传给模板参数
这样不用在每次用一个新的容器时 重复写反向迭代器 通过模板实例化 增强代码复用性
2.list模拟实现【注意看反向迭代器】
2.1 list_frame.h
namespace Apex
{
//结点类
template<class T>
struct list_node
{
//成员变量
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
//成员函数
//构造函数
list_node(const T& data = T());
};
//迭代器类
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> iterator;
typedef T value_type;
typedef Ref reference;
typedef Ptr pointer;
//成员变量
Node* _node;
//成员函数
//构造函数
__list_iterator(Node* node);
//解引用运算符重载
Ref operator*();
//成员访问符重载
Ptr operator->();
//前置++
iterator& operator++();
//后置++
iterator operator++(int);
//前置--
iterator& operator--();
//后置--
iterator operator--(int);
//关系运算符
bool operator==(const iterator& it);
bool operator!=(const iterator& it);
};
//链表类
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef __reverse_iterator<iterator, T&, T*> riterator;
typedef __reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_riterator;
//成员函数
//迭代器函数
iterator begin();
const_iterator begin() const;
iterator end();
const_iterator end() const;
riterator rbegin();
const_riterator rbegin() const;
riterator rend();
const_riterator rend() const;
//无参构造函数
list();
//有参构造函数(初始化n个结点)
list(size_t n, const T& val = T());
//迭代器构造函数
template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last);
//清空链表数据
void clear();
//析构函数
~list();
//拷贝构造
list(const list<T>& lt);
//赋值重载
list<T>& operator=(list<T> lt);
//pos前插入
void insert(iterator pos, const T& x);
//删除pos处数据
iterator erase(iterator pos);
//尾插
void push_back(const T& x);
//头插
void push_front(const T& x);
//尾删
void pop_back();
//头删
void pop_front();
private:
Node* _head;
};
}
2.2riterator.h
#pragma once
namespace apex
{
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct __reverse_iterator
{
Iterator _cp;
typedef __reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> riterator;
typedef Iterator value_type;
typedef Ref reference;
typedef Ptr pointer;
//构造函数
__reverse_iterator(Iterator it)
:_cp(it)
{
}
//解引用运算符重载
Ref operator*()
{
auto tmp = _cp;
return *--tmp;
}
//成员访问符重载
Ptr operator->()
{
return &(operator*()); //return --_cp.operator->();
}
//前置++
riterator operator++()
{
--_cp;
return *this;
}
//后置++
riterator operator++(int)
{
riterator tmp(*this);
--_cp;
return tmp;
}
//前置--
riterator operator--()
{
++_cp;
return *this;
}
//后置--
riterator operator--(int)
{
riterator tmp(*this);
++_cp;
return tmp;
}
//关系运算符
bool operator==(const riterator& it)
{
return _cp == it._cp;
}
bool operator!=(const riterator& it)
{
return _cp != it._cp;
}
};
}
2.3list.h
#include & operator++() { }
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//后置++
iterator operator++(int) //__list_iterator operator++(int) { }
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
//前置--
iterator& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
//后置--
iterator operator--(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
//关系运算符
bool operator==(const iterator& it)
{
return _node == it._node;
}
bool operator!=(const iterator& it)
{
return _node != it._node;
}
};
//class类--链表
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef __reverse_iterator<iterator, T&, T*> riterator;
typedef __reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_riterator;
//迭代器函数
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);
}
//反向迭代器函数
riterator rbegin()
{
return riterator(end());
}
riterator rend()
{
return riterator(begin());
}
const_riterator rbegin() const
{
return const_riterator(end());
}
const_riterator rend() const
{
return const_riterator(begin());
}
//无参构造函数
list()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//有参构造函数(初始化n个结点)
list(size_t n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//迭代器构造函数
template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
//清空链表数据
void clear()
{
/*
iterator it = begin();
while (it != end())
{
iterator del = it++;
delete del._node;
}
//更新哨兵位
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
*/
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it++);
}
}
//析构函数
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
//拷贝构造
/*
list(const list& lt)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}*/
//拷贝构造plus
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(_head, tmp._head);
}
//赋值
/*
list& operator=(list lt)
{
if (this != <)
{
clear();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}
*/
//赋值plus
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(_head, lt._head);
return *this;
}
//pos前插入
void insert(iterator pos, const T& x)
{
//prv new cur/pos next
Node* cur = pos._node;
Node* prv = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
//prv连接new
prv->_next = newnode;
newnode->_prev = prv;
//new连接cur
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
}
//删除pos处数据
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
//prv cur/pos next
Node* cur = pos._node;
Node* prv = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
//prv连接next
prv->_next = next;
next->_prev = prv;
return iterator(next);
}
// 尾插
void push_back(const T& x)
{
/*
//创建新结点
Node* newnode = new Node(x);
//定位尾结点
Node* tail = _head->_prev;
//tail连接new
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
//new连接head
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
*/
insert(end(), x);
}
// 头插
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
//尾删
void pop_back()
{
erase(--end());
}
//头删
void pop_front()
{
erase(begin());
}
private:
Node* _head;
};
///
//打印链表(使用const迭代器)
void print_list(const list<int>& lt)
{
list<int>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}
// 无参构造 尾插 迭代器
void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
//正向迭代器
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
*it *= 2;
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//反向迭代器
list<int>::riterator rit = lt.rbegin();
while (rit != lt.rend())
{
*rit *= 2;
cout << *rit << " ";
rit++;
}
cout << endl;
}
//打印函数
void test_list2()
{
list<int> lt;
lt.push_back(2);
lt.push_back(4);
lt.push_back(6);
lt.push_back(8);
print_list(lt);
}
//创建日期类 测试成员访问运算符
struct Date
{
int _year;
int _month;
int _day;
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
};
void test_list3()
{
list<Date> lt;
lt.push_back(Date(2023, 7, 21));
lt.push_back(Date(2023, 7, 22));
lt.push_back(Date(2023, 7, 23));
list<Date>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << it->_year << "-" << it->_month << "-" << it->_day << endl;
it++;
}
cout << endl;
}
//拷贝构造函数
void test_list4()
{
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
list<int> lt2(lt1);
for (auto e : lt2)
cout << e << " ";
}
//清空函数
void test_list5()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
print_list(lt);
lt.clear();
print_list(lt);
}
}
2.4 vector.h
#pragma once
#include & v)
{
size_t sz = v.size();
_start = new T[sz];
//0.size capacity都行：拷贝内容即可 有可能不对拷贝对象操作
//1.拷贝的空间是size 对拷贝对象操作 -- 扩容
//2.拷贝的空间是capacity 不对拷贝对象操作 -- 空间浪费
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * sz); ==》无法解决vector>
//以及下方reserve的问题 使用赋值 -- 自定义类型调用它们各自的赋值重载 -- 实现二层深拷贝
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + sz;
}
*/
//拷贝构造传统写法1.1
/*
vector(const vector& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(v.size()); //reserve开空间
for (const auto& e : v) //const：防止v被改变
{
push_back(e);
}
}
*/
// 拷贝构造高级写法
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());//迭代器 -- push_back -- reserve -- 二层深拷贝
swap(tmp);
}
// 赋值重载
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
//析构函数
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
//获取capacity的大小(vector没有此变量)
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
//获取size的大小(vector没有此变量)
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
// [] 重载
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
//扩容 -- 涉及到开新空间 -- 拷贝内容 -- 拷贝的可能是自定义类型
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start != nullptr)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
//扩容 + 初始化
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
//1. n > capacity -- 扩容 + 初始化
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
//2. size < n < capacity -- 初始化
if (n > size())
{
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish; //finish移到新的"end"==>_start + n
}
}
//3. n < size -- 删除数据
else
{
_finish = _start + n; //直接更新finish即可
}
}
//增加数据 （可修改）
//const：匿名对象 隐式转换（临时变量【具有常性】） 左值 + 右值
void push_back(const T& x)
{
/*
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
*/
insert(end(), x);
}
// pop_back
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}
// insert
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); //扩容后 空间地址更新 pos仍指向原空间pos处
//走下面的while时 访问pos --> error
pos = _start + len; //为防止pos失效 连带更新pos
}
// 挪动数据
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
// erase
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
if (size() < capacity() / 2)
{
// 缩容 -- 以时间换空间
//缩容--空间更新--pos失效--更新pos--只能解决形参作用域内的pos失效
//当再次erase--访问pos ：error
}
return pos; // 删除数据之后 返回pos --> pos指向被删除的值
// 目标值被删除后 数据前移 pos指向空间不变 只不过pos指向的值是 目标值后的值
}
//front
T& front()
{
assert(size() > 0);
return *_start;
}
//back
T& back()
{
assert(size() > 0);
return *(_finish - 1);
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
//二、命名空间内的函数
// 增 删 [] size() 迭代器 范围for
void test_vector1()
{
vector<int> v;
//push_back
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
// [] size()
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
//正向迭代器
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//反向迭代器
vector<int>::riterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
//pop_back
v.pop_back();
v.pop_back();
//范围for
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 迭代器失效问题(1) -- insert(野指针问题)
void test_vector2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
auto p = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (p != v.end())
{
v.insert(p, 30);
//在p位置插入数据后不要访问p-->p可能失效：
//插入需要扩容 扩容会更新空间地址 pos仍指向源空间的pos处 pos失效
//即便改进了insert代码 更新了pos -->解决了insert中while循环内访问pos的问题
//但是形参改变不影响实参 在作用外pos仍失效
//为什么不使用引用？
//v.insert(v.begin(), 1); -->
//iterator begin()
//{
// return _start;
//}
//返回临时拷贝--具有常性--与引用可以修改的特性不匹配
//那改成：const iterator& pos -->
//内部无法对_start修改
//
/*
* cout << *p << endl;
v.insert(p, 40);
*/
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// erase
void test_vector3()
{
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;
auto p = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (p != v.end())
{
v.erase(p);
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.erase(v.begin());
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 迭代器失效问题(2) -- erase 删除所有的偶数 (迭代器位置问题)
void test_vector4()
{
// 正常运行--lucky
// 1 2 3 4 5 --> 1 3 5 -- it == end 循环结束
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
// 崩溃
// 1 2 3 4 --> 1 4 -- end在4后一个 it在4后两个 it != end 循环无法结束
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 结果不对
// 1 2 4 3 4 5 -- erase 2 --> 1 4 3 4 5 it再++ 直接跳过4
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
auto it = v.begin();
//错误
/*
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
++it;
}
*/
//正确
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it); //it不在++ 而是停留在此处
}
else //是奇数才++
{
++it;
}
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 迭代器失效问题(3) -- insert (扩容野指针 + 迭代器位置问题)
void test_vector5()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 在所有偶数前插入该数2倍的值
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.insert(it, *it * 2); //1.it重新赋值：插入大概率回扩容 一旦扩容 空间更新 it成为野指针
// insert函数返回新的指向原位置的迭代器 it重新赋值 成功解决问题
//2.插入后不再 ++ ：使it停留在此处
// 下面两次++是按题意 1 2 3 ——> 1 4 2 3
// --> it指向4 ++两次指向3(即进行下一次寻找)
++it;
++it;
}
else
{
++it;
}
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 迭代器失效问题(4) -- erase (缩容野指针 + 迭代器位置问题)
/*
待实现
*/
//总结：迭代器失效问题
//1.扩容导致的野指针问题
//2.插入或删除导致的迭代器位置错误问题
//拷贝构造
void test_vector6()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
// 1 2 3 4 5
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//拷贝构造
vector<int> v1(v);
v[0] *= 10; //深拷贝
// 10 2 3 4 5
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 1 2 3 4 5
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
//迭代器构造
void test_vector7()
{
string s("hello world");
vector<int> vs(s.begin(), s.end());
for (auto e : vs)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vs = v; // 赋值重载：针对两个已经存在的对象
vector<int> copy = v; // 拷贝构造 ==》copy(v);
//copy不存在 用一个已有的对象去初始化一个新对象
vs[0] *= 10;
for (auto e : vs)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 有参构造
void test_vector8()
{
//C++引入了模板 ==》内置类型也可以有构造
/*
int i = 0;
int j = int();
int k = int(10);
*/
//正常运行
vector<int> v1(10);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//正常运行
vector<char> v3(10, 'a');
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 编译错误：参数匹配
// v2(10, 1);
//1.vector(size_t n, const T & val = T()) ;
//2.vector(InputIterator first, InputIterator last);
//1.int-->u_int int-->T 匹配程度低
//2.int-->T int-->T 【有解引用操作】
//修正1.0：
vector<int> v2(10u, 1); //第一种匹配程度变高 -- ok
//修正2.0：
//vector(int n, const T & val = T()) ;
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// resize
void test_vector9()
{
vector<int> v1;
v1.resize(10, 0);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v2;
v2.reserve(10);
v2.push_back(1);
v2.push_back(2);
v2.push_back(3);
v2.push_back(4);
v2.push_back(5);
v2.resize(8, 8);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v2.resize(20, 20);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v2.resize(3);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
//vv的深拷贝天坑
void test_vector10()
{
class Solution
{
public:
vector<vector<int>> generate(int n)
{
vector<vector<int>> Vv;
Vv.resize(n);
for (size_t i = 0; i < Vv.size(); ++i)
{
Vv[i].resize(i + 1, 0);
Vv[i].front() = Vv[i].back() = 1;
}
for (size_t i = 0; i < Vv.size(); ++i)
{
for (size_t j = 0; j < Vv[i].size(); ++j)
{
if (Vv[i][j] == 0)
{
Vv[i][j] = Vv[i - 1][j] + Vv[i - 1][j - 1];
}
}
}
//打印查看
for (size_t i = 0; i < Vv.size(); ++i)
{
for (size_t j = 0; j < Vv[i].size(); ++j)
{
cout << Vv[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
return Vv;
}
};
vector<vector<int>> ret = Solution().generate(5);
}
}
2.5test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include 3.反向迭代器的应用
1.使用要求
该容器要能够实现++、–操作，如单向链表或单向map不可使用。
2.迭代器的分类
单向迭代器forward_iterator_tag：支持++：forward_list、unordered_map、unordered_set、
双向迭代器bidirectional_iterator_tag：支持++ --:list 、map、set、
随机迭代器random_access_iterator_tag：支持++ – + -：deque、vector
只读迭代器
只写迭代器