C++ list模拟实现
list模拟实现代码：
namespace djx
{
template
struct list_node
{
T _data;
list_node* _prev;
list_node* _next;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
,_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
{}
};
template
struct __list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef __list_iterator self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
template
class list
{
typedef list_node Node;
public:
typedef __list_iterator iterator;
typedef __list_iterator const_iterator;
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
{
return _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
list(const list& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list& operator=(list lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
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());
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
_size++;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* next = cur->_next;
Node* prev = cur->_prev;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
_size--;
return next;
}
size_t size()
{
return _size;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
} 源码中的list实现为带头双向链表
list类的对象有两个成员：指向头结点的指针_head，统计数据个数的_size
在模拟实现list之前，需要先模拟实现结点类，迭代器类
结点类：三个成员，_data _prev _next，实现成struct（也是类，不过与class不同的是，它的成员都是公开的，都可以在类外访问），因为这三个成员，在迭代器类中都要使用访问，设it是迭代器，*it就会返回结点中值(_data)的引用，it++（要访问结点中的_next) ， it--（要访问结点中的_prev)
template
struct list_node
{
T _data;
list_node* _prev;
list_node* _next;
list_node(const T& x = T())//x是匿名对象的引用，const延长了匿名对象的生命周期，x销毁，匿名对象才销毁，匿名对象会调用它的构造函数，完成初始化
:_data(x)
,_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
{}
}; 要写构造函数：list类中的push_back插入数据时，需要new一个结点，并传数值
调用构造函数时，若是直接使用编译器生成的默认构造函数，则无法传参
构造函数的参数设计成缺省参数：有传实参过来就使用此值，没有传参过来就用匿名对象去拷贝构造_data，使用匿名对象去拷贝构造_data的情形：list类中的无参构造函数-->让list中的成员变量_head指向一个new出来的头结点，头结点中不存储任何有效数据，故而new时无需传参
迭代器类：一个成员 _node（结点的指针）
设计成struct：在list类中设计insert和erase时，传参给它们的是iterator迭代器，我们要使用迭代器中的成员变量（结点的指针）即要访问迭代器中的成员，那么设计成struct会比设计成class类方便不少
list的迭代器与vector,string类不同，在模拟实现vector和string的迭代器时，它们可以用原生指针来实现，因为完美契合原生指针的行为，但是模拟实现list的迭代器时，它必须设计成一个类，是对原生指针的封装，原因：
若是list的迭代器就用原生指针来实现，那么*it（it是一个迭代器）得到的不是数据，而是结点
it++ 不能走向下一个数据，故而需要对原生指针进行封装，让*it得到数据，it++，走向下一个数据
template
struct __list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef __list_iterator self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)//要写带参的构造，因为在list类中实现begin()时，返回值的类型是迭代器，但是我们返回的可以是结点的指针，单参数的构造函数支持隐式类型转换，也可以是迭代器，但是此迭代器中的成员变量（结点的指针）需要和第一个结点的指针一样
:_node(node)
{}
Ref operator*()//Ref可以是T&（普通迭代器） const T& （const迭代器）
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()Ptr可以是T* (普通迭代器） const T* (const迭代器）
{
return &_node->_data;
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)//后置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;//返回迭代器++之前的值
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)//后置--
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
}; 迭代器有非const对象调用的，也有const对象调用的，二者的区别仅仅是能否修改的问题，*迭代器返回的是数据的引用，const对象调用的迭代器返回的也是数据的引用，但是const修饰的
迭代器-> 返回的是数据的地址，const对象调用的迭代器返回的是const修饰的数据地址
(迭代器可以看作是模拟原生指针的行为，若是数据为自定义类型，那么迭代器->就可以访问到自定义类型对象中的成员，实际上看成是原生指针的迭代器-> 无法做到，但是对原生指针封装而出现的迭代器可以做到，只要迭代器->返回的是数据的指针，那么有了自定义类型对象指针，不就可以访问它里面的成员了吗）
综上来看，我们只需要写一份迭代器类的模板，根据实例化参数的不同，生成不同的迭代器
迭代器需要三个模板参数：T（迭代器类中的成员变量是结点的指针，结点实例化需要）
模板参数 Ref : 迭代器类中重载*运算符所用，重载*运算符的函数要返回数据的引用，而若是const对象的迭代器解引用，就要用const去修饰返回值
模板参数Ptr ：迭代器类中重载->运算符所用，重载->运算符的函数返回数据的指针，而若是const对象的迭代器->，也要用const去修饰返回值
那么在list类中，设计普通迭代器，const对象调用的迭代器时，就可以用迭代器类的模板，实例化参数不同就会是完全不同的类型，普通迭代器用迭代器类的模板实例化，传参 T T& T*
const对象调用的迭代器用迭代器类的模板实例化，传参 T const T& const T*
构造函数：
1 无参的构造
让list对象中的成员变量_head指向一个头指针（双向循环）
参照源码list的实现：
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
2 拷贝构造（深拷贝）
list(const list& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
} 析构函数：
~list()
{
clear();
delete _head;//释放头结点
_head = nullptr;
}
void clear()//清除数据
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}赋值重载：
void swap(list& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list& operator=(list lt)///lt是实参的深拷贝，lt销毁会释放掉原本由*this申请的空间
{
swap(lt);//交换*this和lt
return *this;
} 迭代器：
typedef __list_iterator iterator;
typedef __list_iterator const_iterator;
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
{
return _head;
} 测试1：
void test1()
{
djx::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
djx::list:: iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
*it += 20;
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
} 
测试2：
void test2()
{
djx::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
djx::list lt1(lt);//拷贝构造
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
djx::list lt2;
lt2.push_back(100);
lt2.push_back(200);
lt2.push_back(300);
lt2.push_back(400);
lt2.push_back(500);
lt1 = lt2;//赋值重载
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : lt2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
} 
插入：
1 push_back
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}2 push_front
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}3 insert
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;//当前节点的指针
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
_size++;
return newnode;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
//或者写成：iterator(newnode)
}删除：
1 pop_back
void pop_back()
{
erase(--end());
}2 pop_front
void pop_front()
{
erase(begin());
}3 erase
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* next = cur->_next;
Node* prev = cur->_prev;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
_size--;
return next;//返回下一个数据的地址
}测试3：
struct AA
{
AA(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
int _a1;
int _a2;
};
void test3()
{
djx::list lt;
lt.push_back(AA(1, 1));
lt.push_back(AA(2, 2));
lt.push_back(AA(3, 3));
djx::list::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//cout << (*it)._a1 << " "<<(*it)._a2<_a1 << " " << it->_a2 << endl;
it++;
}
cout << endl;
}
题外：
设计一个打印函数，打印任意list对象
template//不可以用class
void print_list(const djx:: list& lt)
{
//list未实例化的类模板，编译器不能去它里面去找
//编译器就无法list::const_iterator是内嵌类型，还是静态成员变量
//前面加一个typename就是告诉编译器，这里是一个类型，等list实例化，再去类里面找
typename djx::list::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
} 打印任意容器
template
void print_container(const Container& con)
{
typename Container::const_iterator it = con.begin();
while (it != con.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
} 测试4：
void test4()
{
djx::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
print_list(lt);
} 
测试5：
void test5()
{
djx::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
print_container(lt);
djx::list lt1;
lt1.push_back("1111111111111");
lt1.push_back("1111111111111");
lt1.push_back("1111111111111");
lt1.push_back("1111111111111");
lt1.push_back("1111111111111");
//print_list(lt1);
print_container(lt1);
vector v;
v.push_back("222222222222222222222");
v.push_back("222222222222222222222");
v.push_back("222222222222222222222");
v.push_back("222222222222222222222");
print_container(v);
} 