C++模拟实现——list
一、成员变量及其基本结构
1.基本结构模型
本质是一个带头双向循环列表，将节点进行封装，并且为了方便使用，进行重定义
2.节点的封装定义
template
//定义节点
struct list_node
{
list_node* _prev;
list_node* _next;
T _data;
list_node(const T& x = T()) :
_prev(nullptr),
_next(nullptr),
_data(x)
{}
}; 在定义节点时，要注意将初始化一起进行封装完成，提供默认构造函数
3.成员变量的定义
成员变量是一个哨兵位的头结点
typedef list_node node;//对节点重命名，方便使用
private:
list_node* _head; 二、迭代器（重点）
1.介绍
list的迭代器用原生指针无法实现，需要对原生指针进行封装，然后对顺序表指针的行为操作进行模拟实现，是list模拟实现中最大的重点难点，此时从使用者的角度上看，依然能将iterator看作为指针去使用，但设计者的角度上看，其本质是一个指针的封装，是个自定义类型。
2.对指针的基本封装
template
struct __list_iterator
{
typedef list_node node;//将节点重定义方便使用
typedef __list_iterator self;//将类型重定义方便使用
//成员变量
node* _node;
//初始化
__list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
//模拟实现指针操作
...
} 以上对节点指针进行了封装处理，之后逐一实现常用的功能，例如：++ 、--、* 、 -> 、== 、!= 等等
3.++和--
要提供迭代器++和--的操作，需要对运算符进行重载，链表迭代器的++本质上是获得下一个节点的地址，--则是前一个节点的地址，并且要区分前置和后置
//++
slef& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
slef operator++(int)//后置
{
slef 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;
}4.== 和 !=
迭代器的比较，本质是要比较其封装在内部的指针是否同一个
bool operator!=(const self& n)
{
return _node != n._node;
}
bool operator==(const self& n)
{
return _node == n._node;
}5. * 和 ->
对解引用操作符的重载，则需要考虑到常量迭代器的调用，常量迭代器去本质是对迭代器所指向的内容进行常量化，因此在这里，const_iterator 和 iterator 的核心区别在于解引用后返回的值是否常量，其他功能相同，因此可以使用类模板去控制这两个运算符重载返回值的区别，在定义部分加上两个新的模板参数即可。
template
strucr __list_iterator
{
...//定义和重命名等等
Ref operator*()// Ref == T&（迭代器） / const T&（常量迭代器）
{
return _node->_data;
}
//对于->的重载，存在特殊处理，只需要返回
Ptr operator->()// Ptr == T*（迭代器）/ const T*（常量迭代器）
{
return& _node->_data;
}
}
// 迭代器定义部分，在list类内定义
// typedef __list_iterator iterator;
// typedef __list_con_iterator; 三、构造与析构
1.默认构造函数
默认构造需要初始化出一个哨兵位的头结点，并且让节点指针指向自己，为了方便其他构造函数初始化哨兵位的头结点，可以单独写一个函数进行复用
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()//直接的初始化
{
empty_init();
}2.用迭代器区间去构造
迭代器区间构造需要借助函数模板，任意类型的迭代器都可以将值拷贝到容器中
template
list(Iterator first,Iterator last)
{
//先得初始化容器
empty_init();
while(first != last)
{
push_back(*first); // 底层是
++first;
}
} 3.拷贝构造
拷贝构造这里选择对上面的构造函数进行复用，深拷贝出一个tmp，在进行交换
void swap(list& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
}
list(const list& lt)//拷贝构造
{
empty_init();
list tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
} 4.赋值重载
赋值重载的底层实现，也是在传参的时候，调用了拷贝构造实现深拷贝后，在进行交换
list& operator=(list lt)//赋值重载
{
swap(lt);
return *this;
} 5.析构函数
可以先实现clear，然后复用，底层就是将所有节点全部逐一释放，用迭代器遍历释放即可
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
~list()//析构
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
四、增删操作
对应增删操作，只需要实现insert和erase，其余的头插头删等等都可以对其进行复用，这里是用迭代器去实现的。
void insert(iterator pos, const T& x)
{
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* new_node = new node(x);
//链接
new_node->_prev = prev;
prev->_next = new_node;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* next = cur->_next;
delete cur;
//链接
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}需要注意的是，erase后迭代器会失效，因此为了部分场景下的方便，erase是有一个返回值的，返回的是下一个节点的迭代器；
总结
本章通过自行模拟实现了list，加深了类和对象以及list的相关知识，其中很重要的一个知识点就是对与list迭代器的封装和实现，本篇博客整理了整个实现过程的思路，方便今后复习和其他同学参考学习