list部分接口模拟实现（c++）
List
- list简介
- list基本框架
-
- list构造函数
-
- list_node结构体的默认构造
- list类的默认构造
- push_back()
- iteartor迭代器
- 迭代器里面的其他接口
-
- const迭代器
- 通过模板参数实现复用
- operator->()
- insert()
- erase()
- clear()
- 析构函数
- 迭代器区间构造
- 拷贝构造
- operator=()
list简介
- list可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且容器可以双向迭代。
- list底层是一个带头双向链表结构，通过指针连接前一个和后一个元素。
- list支持在任意位置进行插入、删除元素，效率更好。
- list不支持随机访问
list基本框架
namespace xty
{
//带头双向循环链表
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
T _data;
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
private:
node* _head;//头指针
};
}
list构造函数
我们实现一个无参构造函数，但是在这之前我们需要做一些准备工作，先实现一个申请list_node的构造函数，在struct类里面实现。
list_node结构体的默认构造
//带头双向循环链表
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
T _data;
//在创建list_node变量时，自动调用构造
list_node(const T& val = T())
:_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
,_data(val)
{}
};
为什么不使用class，而使用struct呢？
因为我们想达到这样一个目的：想要让别人自由的访问自己的成员函数，不做任何限制，就用struct。而list_node，list是要经常使用的，因此使用struct修饰list_node比较方便。
list类的默认构造
仅仅申请一个空的头结点，next都指向头
list()
{
//两种申请方法都可以
//_head = new list_nodepush_back()
先记录一下尾结点，插入更简单。
void push_back(const T& x)
{
//留记录尾结点
node* tail = _head->_prev;
node* new_node = new node(x);//传入x值
tail->_next = new_node;
new_node->_next = _head;
_head->_prev = new_node;
new_node->_prev = tail;
}
iteartor迭代器
整体框架：
//iteartor
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
node* _node;//成员变量
//构造函数
__list_iterator(node* x)
:_node(x)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
//++返回相应的迭代器
__list_iterator<T> operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//是位置是否相等，不是内容是否相等。
bool operator!=(__list_iterator<T> x)
{
return _node != x._node;
}
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
//迭代器重命名
typedef __list_iterator<T> iterator;
public:
//仅仅申请一个空的头结点，next都指向头
list()
{
//两种申请方法都可以
//_head = new list_node语法细节理解：
- 为什么把iterator和list进行单独封装？写一块不好吗？
首先list只会用到迭代器的begin()和end()函数。其他的像++，其实都是通过迭代器的对象调用的（并不是list的对象调用的）。把iterator从list中抽离出来，不仅可以减少list的复杂性，还能让人更加清楚，迭代器其实也是一个模板，它能被抽离出来，用以实现各种数据结构的迭代！而list内部的begin和end接口，千篇一律。这样就达到的封装的目的！所以，还是分开写的好，逻辑更清晰，更容易维护。 - struct __list_iterator结构体里面为什么要写构造函数呢？
在c++里struct也被当做是类！类里有构造函数很正常，还可以有拷贝构造呢！只不过struct默认是public的。这样我们在声明该类型的变量时，函数会自动调用构造函数，使该结构体的数据自动是被初始化过的。
xty::list<int>::iterator it = lt.begin(); //调用对象需要用list
//xty::list::iterator it(lt.begin()); //调用对象需要用list
while (it != lt.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
写了构造函数之后，第二种声明方式也是可以的。而第一种方式其实调用的是拷贝构造函数，但是编译器给优化成了拷贝构造，我们没有写拷贝构造，编译器会调用默认的拷贝构造，是一个浅拷贝。但是我们不是经常说浅拷贝会造成析构问题？这里为什么不会？因为我们没有写析构函数，而且析构函数。为什么不写析构函数呢？因为没有什么可以析构的，函数的结点是list里的内容，不需要迭代器的析构函数管，因此我们不写析构函数。
- 迭代器++返回的是迭代器的类型。
- 注意：_list_iterator是类名，_list_iterator才是类型！
- list里面的begin要返回迭代器类型，然而怎么由指针转化成迭代器类型呢？要利用迭代器的构造函数来返回。
迭代器里面的其他接口
bool operator==(const __list_iterator<T>& x)
{
return _node == x._node;
}
//i++
__list_iterator<T> operator++(int)
{
__list_iterator<T> tem(*this);
_node = _node->_next;
return tem;
}
__list_iterator<T> operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
__list_iterator<T> operator--(int)
{
__list_iterator<T> tem(*this);
_node = _node->_prev;
return tem;
}
语法细节理解：
- 注意迭代器传进来的参数基本上都是迭代器，如果不更改，最好加上const和&。
- 如果命名空间冲突，注意在函数声明和定义的时候也要加上空间名。
void Print(xty::list<int>& lt);
- 我们发现__list_iterator 有点长，我们重命名一下。
//iteartor
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T> self;
node* _node;//成员变量
//构造函数
__list_iterator(node* x)
:_node(x)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
//++返回相应的迭代器
self operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//是位置是否相等，不是内容是否相等。
bool operator!=(const __list_iterator<T>& x)
{
return _node != x._node;
}
bool operator==(const __list_iterator<T>& x)
{
return _node == x._node;
}
//i++
self operator++(int)
{
self tem(*this);
_node = _node->_next;
return tem;
}
self operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tem(*this);
_node = _node->_prev;
return tem;
}
};
const迭代器
要实现const迭代器只需要再写一个const类即可。
记住是指针可以修改，但是内容不可以修改，因此不能在this那加const。
//迭代器重命名
typedef __list_iterator<T> iterator;
typedef const__list_iterator<T> const_iterator;
public:
const_iterator begin()const
{
const_iterator it(_head->_next);
return it;
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(_head);
}
list里面的迭代器修改仅仅需要，typedef一下，然后将构造函数改成所需要的const类型即可。
而我们需要再实现一个const类型的iterator
template<class T>
struct const__list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef const__list_iterator<T> self;
node* _node;//成员变量
//构造函数
const__list_iterator(node* x)
:_node(x)
{}
const T& operator*() //值不仅可以修改！！
{
return _node->_data;
}
//++返回相应的迭代器
self operator++() //指针可以修改！！
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//是位置是否相等，不是内容是否相等。
bool operator!=(const self& x)const
{
return _node != x._node;
}
bool operator==(const self& x)const
{
return _node == x._node;
}
//i++
self operator++(int) //指针可以修改！！！
{
self tem(*this);
_node = _node->_next;
return tem;
}
self operator--() //指针可以修改！！！
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int) //指针可以修改！！！
{
self tem(*this);
_node = _node->_prev;
return tem;
}
};
问题：代码写完之后，我们发现实际上只有operator*()的返回值加了const，其他的地方没有改，因此，我们利用模板参数赋用解决问题。
通过模板参数实现复用
template<class T,class Ref>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T,Ref> self;
node* _node;//成员变量
//构造函数
__list_iterator(node* x)
:_node(x)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
...
}
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
//迭代器重命名
typedef __list_iterator<T, T&> iterator;
typedef __list_iterator<T,const T&> const_iterator;
public:
//仅仅申请一个空的头结点，next都指向头
list()
{
//两种申请方法都可以
//_head = new list_node
通过增加类模板参数，这种问题被很巧妙的解决了。请好好体会！
operator->()
当我们遇到自定义类型数据链表时，访问数据就会比较麻烦。
struct AA
{
int _a1;
int _a2;
AA(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
};
void test_aa()
{
xty::list<AA> lt;
lt.push_back(AA(1, 1));
lt.push_back(AA(2, 2));
lt.push_back(AA(3, 3));
lt.push_back(AA(4, 4));
xty::list<AA>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
++it;
}
}
如上例子所示，cout方式，在这里很是别扭，因为it是迭代器，我们能不能通过重载->来访问这样的数据呢？
显然是可以的！如下：
T* operator->()
{
return &(_node->_data);
}
所以我们通过如下方式打印链表的数据：
xty::list<AA>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
++it;
}
但是这个代码是不是有一点别扭？没看出来的话，我再打印一次：
//两种打印方式一样！！！
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;
==解释：==之所以出现这样的原因，是因为编译器自动把两个连续的->优化成一个->，防止观感上的差异，这样设计能让人立马看出这个其实是在访问AA的数据。
为了适应const和非const两种迭代器，我们再设计一个模板参数。如下实例：
//iteartor
template<class T,class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
node* _node;//成员变量
Ptr operator->()
{
return &(_node->_data);
}
...................
}
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
//迭代器重命名
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
public:
insert()
//在pos位置前插入,返回插入位置的迭代器
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* new_node = new node(x);
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
prev->_next = new_node;
new_node->_prev = prev;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
return iterator(cur);
}
erase()
返回删除元素的下一个位置的迭代器。
iterator erase(iterator pos)
{
//不能删头
assert(pos._node!=_head);
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
prev->_next = cur->_next;
cur->_next->_prev = prev;
delete cur;
return iterator(prev->_next)
}
注意：删除元素后，pos位置的数据就被删除了，会产生迭代器失效问题，如果再使用pos需要重新赋值。
clear()
清空list的内容，可以借助迭代器和erase()来删除。
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
//erase(it++);
}
}
析构函数
结合clear()来编写。
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
迭代器区间构造
因为迭代器区间构造，也需要一个头结点，所以，我们方便复用，又定义了一个初始化函数，具体改动如下：
list()
{
empty_init();
//两种申请方法都可以
//_head = new list_node拷贝构造
提供了两种方法，第一种方法效率较低，第二种利用swap提高了效率。
lt2(lt)
//list(const list& lt)
//{
// empty_init();
// for (auto e : lt)
// {
// push_back(e);
// }
//}
void swap(list<T>& tem)
{
std::swap(_head, tem._head);
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();//初始化this
list<T> tem(lt.begin(), lt.end());
swap(tem);
}
operator=()
实现较为简单。
//注意这里不能传引用
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
最后一个问题：
const list<int> lt;
这行代码能调用构造函数吗？
答案是肯定的，因为变量在最开始是没有const属性的，定义好了以后，才有const属性。否则const都没法定义出来了。