List 模拟实现
前言
本文将会向你介绍如何模拟实现list、iterator迭代器
模拟实现
引入
迭代器是一种用于访问容器中元素的对象，它封装了对容器中元素的访问方式。迭代器提供了一组操作接口，可以让我们通过迭代器对象来遍历容器中的元素。（iterator迭代器内部成员变量和成员函数都是与节点有关的）先举一个例子，以下是迭代器++成员函数的实现
Self看不懂没关系，我们现在只要知道它是迭代器类名typedef过来的就好了，_pNode是一个指向ListNode结构体的指针。在ListIterator类中，_pNode用于指向链表中的某个节点，通过该指针可以访问节点的成员变量和成员函数。本质上还是对节点做操作，那我们为什么要大费周章还要套一个迭代器类呢？为什么不能大大方方的直接使用节点指针呢？
原因是：虽然写的人麻烦了，但却能方便使用者，使用者直接对迭代器对象++就能完成遍历
我们接下来就要做这个事情了。
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_pNext; //让节点指针指向下一个节点
//返回迭代器对象
return *this;
}
整体结构
首先先让你熟悉一下整个结构
//节点类
template<class T>
struct ListNode
{
}
//迭代器类
template<class T, class Ref, class Ptr>
class ListIterator
{
//...
//利用结构体指针对节点结构体进行管理
PNode _pNode; //成员变量：结构体指针
};
//list类
template<class T>
class list
{
private:
PNode _pHead; //哨兵位头节点（结构体指针）
size_t _size; //节点个数
}
节点类
定义了一个节点结构体，在链表类中，我们需要能够直接访问节点的指针 _pPre 和 _pNext，以及节点的值 _val。如果将节点类定义为class，则需要在节点类中将这些成员变量和成员函数声明为public，或者在链表类中添加友元关系，以便链表类可以访问和操作节点的私有成员。 template<class T>
struct ListNode
{
//构造函数
ListNode(const T& val = T())
: _val(val) //节点的值
, _pPre(nullptr)
, _pNext(nullptr)
{}
ListNode<T>* _pPre; //节点的前驱
ListNode<T>* _pNext; //节点的后继
T _val;
};
迭代器类
定义一个ListIterator类，在这个迭代器类中使用节点的指针，底层还是使用节点指针，迭代器类可以看作对节点类的封装，它提供了对节点的操作和访问的接口，使得用户可以通过迭代器来遍历和操作链表中的节点。 这里有一个点需要注意一下 这里的Ref指的是reference（引用）， Ptr指的是pointer（指针），当然这里用T&、T*替换Ref和Ptr也是可以的 我们可以看到实例化部分，T&就传给了Ref，T * 就传给了Ptr
那么我们为什么要多传递两个模板参数呢？原因这两个模板参数可以助我们区分const迭代器类和普通迭代器类
值得一提的是重载->
当我们定义一个AA类型的对象的时候，并传入二元的数据，但是<<是不支持的(cout << *it << endl;) 我们可以想到用 cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl, 这当然可以
但是迭代器模拟的是指针的行为，用->似乎更恰当一些，于是我们就重载了->运算符
operator->() 返回了 &_pNode->_val，这是什么意思呢？
&_pNode->_val这是一个指向AA类型数据的指针（AA *），对象指针再加上一个->就可以访问成员变量啦
cout << it.operator->() ->_a1 << " " << it.operator->()->_a2 << endl;
struct AA
{
AA(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{}
int _a1;
int _a2;
};
void test_list4()
{
Fan::list<AA> lt;
lt.push_back(AA(1, 1));
lt.push_back(AA(2, 2));
lt.push_back(AA(3, 3));
Fan::list<AA>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//AA对象不支持流插入
//error:cout << *it << endl;
//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;
cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;
//cout << it.operator->() ->_a1 << " " << it.operator->()->_a2 << endl;
it++;
}
cout << endl;
}
```
```c
template<class T, class Ref, class Ptr>
class ListIterator
{
//typedef结点类
typedef ListNode<T>* PNode;
//typedef迭代器类
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
public:
//构造函数
ListIterator(PNode pNode = nullptr)
:_pNode(pNode) //初始化指向节点的指针
{}
//拷贝构造函数
//l2(l1)
ListIterator(const Self& l)
{
_pNode = l._pNode;
}
//重载*
//从泛型的角度来说我们并不知道operator*()的返回值是什么
Ref operator*()
{
return _pNode->_val; //节点指针指向的值
}
//重载->（为自定义类型的数据准备）
Ptr operator->()
{
return &_pNode->_val;
}
//重载++
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_pNext; //让节点指针指向下一个节点
//返回迭代器对象
return *this;
}
//重载后置++
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this); //保存当前迭代器对象（当前指针指向的节点）
_pNode = _pNode->_pNext;
return tmp; //返回修改前的迭代器对象
}
//重载--
Self& operator--()
{
_pNode = _pNode->_pPre; //让节点指针指向前一个节点
//返回迭代器对象
return *this;
}
//重载后置--
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this); //保存当前迭代器对象（当前指针指向的节点）
_pNode = _pNode->_pPre;
return tmp; //返回修改前的迭代器对象
}
//重载!=
bool operator!=(const Self& l)
{
return _pNode != l._pNode; //判断节点指针是否相等
}
//重载==
bool operator==(const Self& l)
{
return _pNode == l._pNode; //判断节点指针是否相等
}
PNode _pNode; //成员变量：节点指针
};
list类
实例化类模板
用typedef重命名，隐藏底层的细节，提供统一的访问修改方式
//list类
template<class T>
class list
{
//实例化节点类模板
typedef ListNode<T> Node;
typedef Node* PNode; //重命名Node*指针类型
public:
//实例化类模板
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
//实例化const版本
typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;
默认成员函数
// List的构造
list()
{
//初始化头节点
CreateHead();
}
//n个value的构造
list(int n, const T& value = T())
{
CreateHead();
while (n--)
{
push_back(value); //尾插
}
}
template <class Iterator>
//一段迭代器空间的构造
list(Iterator first, Iterator last)
{
CreateHead();
while (first != last)
{
push_back(*first); //尾插
first++;
}
}
//拷贝构造
//lt2(lt1)
list(const list<T>& l)
{
CreateHead();
for (auto e : l)
{
push_back(e);
}
}
//赋值重载
//lt2 = lt1
list<T>& operator=(list<T> l)
{
clear(); //清除数据(不包括头节点)
for (auto e : l)
{
push_back(e);
}
return *this;
}
//析构函数
~list()
{
clear();
//释放头节点
delete _pHead;
_pHead = nullptr;
}
获取指向头尾节点的指针
// List Iterator
//返回第一个节点的指针（不是头节点）
iterator begin()
{
//return iterator(_pHead->_pNext);
return _pHead->_pNext;
}
//返回最后一个节点的下一个位置的节点指针
iterator end()
{
//return iterator(_pHead)
return _pHead;
}
//const：返回第一个节点的指针（不是头节点）
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_pHead->_pNext);
//return _pHead->_pNext;
}
//const：//返回最后一个节点的下一个位置的节点指针
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_pHead);
//return _pHead;
}
容量
// List Capacity
size_t size()
{
return _size;
}
bool empty()const
{
return _size == 0;
}
获取头尾结点的值
//返回第一个节点的值（不是头节点）
T& front()
{
return _pHead->_pNext->_val;
}
//const版本：返回第一个节点的值（不是头节点）
const T& front()const
{
return _pHead->_pNext->_val;
}
//返回最后一个节点的值（注意与end()区别）
T& back()
{
return _pHead->_pPre->_val;
}
//const版本：返回最后一个节点的值
const T& back()const
{
return _pHead->_pPre->_val;
}
修改
// List Modify
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val); //复用
}
void pop_back()
{
erase(--end()); //复用
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val); //复用
}
void pop_front()
{
erase(begin()); //复用
}
// 在pos位置前插入值为val的节点
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
++_size;
//结构体指针
PNode cur = pos._pNode;
PNode prev = cur->_pPre;
PNode newnode = new Node(val);
prev->_pNext = newnode;
cur->_pPre = newnode;
newnode->_pPre = prev;
newnode->_pNext = cur;
//返回新节点位置处的迭代器
return iterator(newnode);
}
// 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
iterator erase(iterator pos)
{
--_size;
PNode cur = pos._pNode;
PNode prev = cur->_pPre;
PNode next = cur->_pNext;
prev->_pNext = next;
next->_pPre = prev;
delete cur;
return iterator(next);
}
测试
void test_list1()
{
Fan::list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
Fan::list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_list2()
{
Fan::list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
lt1.push_back(5);
Fan::list<int>::iterator it1 = lt1.begin();
while (it1 != lt1.end())
{
cout << *it1 << " ";
++it1;
}
cout << endl;
Fan::list<int> lt2(lt1.begin(), lt1.end());
Fan::list<int>::iterator it2 = lt2.begin();
while (it2 != lt2.end())
{
cout << *it2 << " ";
++it2;
}
cout << endl;
Fan::list<int> lt3(lt2);
Fan::list<int>::iterator it3 = lt3.begin();
while (it3 != lt3.end())
{
cout << *it3 << " ";
++it3;
}
}
//打印const对象
void print_list(const Fan::list<int>& lt)
{
Fan::list<int>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
}
void test_list3()
{
Fan::list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
print_list(lt);
}
小结
本篇文章对于初步接触模板的朋友们是有一定难度的，看完这篇文章，希望你能有所收获，在对模板的理解上更进一步，如果本文存在疏漏或错误的地方，还请您能够指出！