【C++】list模拟实现

1、前提说明

本文只是对list容器中相关的基础、常用接口进行模拟。
为了避免与STL中的list存在冲突，本次模拟的所有接口均在自定义的命名空间下
list是一个带头结点的双向循环链表，我们可以通过以下一个类来描述list容器中存放的每个结点的形式

template<class T>
	class ListNode
	{
	public:
		ListNode<T>* next;//下一个结点的地址
		ListNode<T>* prev;//前一个结点的地址
		T data;//数据域
		ListNode(const T& value = T())
			:next(nullptr)
			, prev(nullptr)
			, data(value)
		{}
	};

，接下来我们开始实现相关接口并进行测试

2、构造与析构接口模拟

2.1 构造相关

由于list是一个带头节点的双向循环链表。对于每一个链表，即使是空链表，也会有一个头节点。因此将头节点的创建封装为一个方法，属性设置为私有。不暴露给外部，仅供内部成员使用。

2.1.1默认的无参构造

list();

2.1.2 n个值为value的构造

list(size_t n,const T& value);

注意：此处的第一个参数如果为size_t类型，在调用该接口进行构造的时候会并不会调用到该接口，而是会调用区间构造的接口，进而引发程序错误。
因此，在实现该接口的时候有两种方式避免该错误：
①将该接口的第一个参数类型改为int
②新增一个第一个参数为in类型的相同接口

2.1.3 拷贝构造

list(const list& L);

上图中还有一个致命性的错误：const对象调用了非const的成员函数。图中方框的begin和end应该换为cbegin和cend

对于上图中的思考题，我们在下面的迭代器部分会详细展开，读者们稍安勿躁~

2.1.4 通过迭代器实现的区间构造

llist(Iterator first,Iterator last);

2.2 析构相关

主要的工作就是对资源进行释放

2.3 赋值运算符重载

为了方便我们后期的代码测试容易看到结果，这里我们实现一个打印链表的接口

template<class T>
class PrintList(list<T>& L)
{
	auto iter = L.begin();
	while (iter != L.end())
	{
		cout << *iter << " ";
		++iter;
	}
	cout << endl;
};

3、迭代器接口模拟

好的，带着上面的问题，我们一起来揭开list迭代器的神秘面纱！

3.1 list中的迭代器是什么？

list中的迭代器与之前学过的string、vector等有着本质的区别。

string、vector中的迭代器其实就是一个原生态的指针，因为这两个容器底层空间是连续的这一特性，原生态的指针具有的操作也就能够满足容器的需求

list中的迭代器“追根溯源”，其实也是一个原生态的指针，但是不能直接将其设置为原生态的指针，而是应该将原生态的指针重新包装一下，封装成为一个类，在该类中提供一些方法，使得用户在使用该迭代器访问元素的时候是透明的（也就是说不需要考虑底层的数据结构）

看完这段话是否有点懵逼？不急，图解带你理清思路！
①观察下面的双向链表图解，理清需求：通过迭代器遍历打印结点中的值

②分别分析迭代器为原生态指针和原生态指针的封装的可行性

对于原生态指针的分析如下图：

结论1：lis中的迭代器一定不是原生态的指针

对于原生态指针的封装 进行分析

结论2：list的迭代器是通过对原生态指针进行封装，并提供相关操作接口这样的方式实现的

3.2 list中的迭代器实现方法

好的，下面我们就着手来模拟实现list的迭代器！
有了上面的知识的过渡，现在直接给出迭代器实现的相关内容

3.2.1 正向迭代器实现

	//正向迭代器
	template<class T,class Ref,class Ptr>
	class ListIterator
	{
		typedef ListNode<T> Node;

		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
	public:
		ListIterator(Node* pNode = nullptr)
			:_pNode(pNode)
		{}

		//解引用
		Ref operator*()
		{
			return _pNode->data;
		}
		//->操作（只有当T是自定义类型才有意义）
		Ptr operator->()
		{
			return &_pNode->data;
		}
		//前置++
		Self& operator++()
		{
			_pNode = _pNode->next;
			return *this;
		}
		//后置++
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_pNode = _pNode->next;
			return tmp;
		}

		//前置--
		Self& operator--()
		{
			_pNode = _pNode->prev;
			return *this;
		}
		//后置--
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_pNode = _pNode->prev;
			return tmp;
		}

		//比较
		bool operator==(const Self& it)
		{
			return _pNode == it._pNode;
		}
		bool operator!=(const Self& it)
		{
			return _pNode != it._pNode;
		}
	public:
		Node* _pNode;
	};

3.2.2反向迭代器实现

	//反向迭代器（就是对正向迭代器的一种重新包装）
	template<class Iterator>
	class ListReverseIterator
	{
	public:
		typedef typename Iterator::Reference Reference;
		typedef typename Iterator::Pointer Pointer;
		typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;

		ListReverseIterator(Iterstor it)
			:_it(it)
		{}

		Reference operator*()
		{
			auto tmp = _it;
			--tmp;
			return *tmp;
		}

		Pointer operator->()
		{
			return &(operator*());
		}
		Self& operator++()
		{
			--_it;
			return *this;
		}

		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this);
			--_it;
			return tmp;
		}

		Self& operator--()
		{
			++_it;
			return *this;
		}
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			++_it;
			return tmp;
		}
		bool operator==(const Self& rit)
		{
			return _it == rit._it;
		}
		bool operator!=(const Self& rit)
		{
			return _it != rit._it;
		}
	public:
		Iterator _it;//正向迭代器
	};

4、容量相关的接口模拟

4.1 获取链表有效元素个数

size_t size()const;

4.2 判断链表是否为空

bool empty()const;

4.3 调整链表有效元素个数

void resize(size_t newsize,const T& value = T());

5、元素访问相关接口模拟

5.1 访问链表第一个元素

T& front(); | const T& front()const;

5.2 访问链表的最后一个元素

T& back(); | const T& back()const;

6、链表修改相关接口

6.1 尾插&&尾删

void push_back(const T& value);
void pop_back();

6.2 头插&&头删

void push_front(const T& value);
void pop_front();

6.3 任意位置插入

iterator insert(iterator Insertpos,const T& value);

6.4任意位置删除

iterator erase(iterator Erasepos);

iterator erase(iterator first,iterator last);

7、其他接口

7.1 清除有效元素

void clear();

7.2 交换两个链表

void swap(list& L);

8、接口测试

8.1 构造&&析构的测试

8.2 迭代器的测试

1、正向迭代器

2、反向迭代器

8.3 容量&&元素访问测试

8.4 修改相关接口测试

欧克~感谢大家能够看到文末，在这里附上list模拟实现的源代码，大家戳这里获取

下篇总结栈和队列，我们下篇再见！