(C++ STL)list类的简单模拟实现与源码展示
list类的简单模拟实现
- 一、前言
- 二、ListNode 单个节点的成员变量
- 三、ListIterator 迭代器
- 四、ReverseListIterator 迭代器
- 五、list 的成员变量与初始化
- 六、list 部分函数实现
-
- insert
- erase
- 七、list 源代码
以下代码环境为 VS2022 C++。
一、前言
list类 本质上是数据结构中的双向带头链表。（可参考：双向链表的讲解与实现）
不过要注意的是，list类 的本身并不支持随机访问，迭代器要求的前后 ++、-- 也不支持，导致这个重担交给了 list 的迭代器，使得它迭代器的设计要比 vector、string 的复杂不少。
接下来我们来简单实现 list类 和 部分对应函数。
参考：legacy.cplusplus.com中的 std::list
二、ListNode 单个节点的成员变量
在 list.hpp 中：
namespace my
{
// List的节点类
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val = T())
:_val(val)
,_pPrev(nullptr)
,_pNext(nullptr)
{
;
}
ListNode<T>* _pPrev; // 前一个节点地址
ListNode<T>* _pNext; // 后一个节点地址
T _val;
};
}
将 list 的节点单独封装为一个类，便于后续组合操作。
三、ListIterator 迭代器
在 namespace my 中：
//List的迭代器类
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
typedef Ref reference;
typedef Ptr pointer;
ListIterator(Node* pNode = nullptr)
:_pNode(pNode)
{
;
}
ListIterator(const Self& listIter)
:_pNode(listIter._pNode)
{
;
}
reference operator*()
{
return _pNode->_val;
}
reference operator*() const
{
return _pNode->_val;
}
pointer operator->()
{
return &_pNode->_val;
}
pointer operator->() const
{
return &_pNode->_val;
}
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_pNext;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp = _pNode;
_pNode = _pNode->_pNext;
return temp;
}
Self& operator--()
{
_pNode = _pNode->_pPrev;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp = _pNode;
_pNode = _pNode->_pPrev;
return temp;
}
bool operator!=(const Self& listIter) const
{
return _pNode->_val != listIter._pNode->_val;
}
bool operator==(const Self& listIter) const
{
return _pNode->_val == listIter._pNode->_val;
}
Node* _pNode;
};
ListIterator 设计了三个模版关键字，class T, class Ref, class Ptr，这是考虑到 const_iterator 的返回类型。
例如：当返回 operator*() 的返回值时，使用 iterator 返回的是 T 的 引用，也就是 T&，
但使用 const_iterator 返回的是 const T&，两者只差一个 const 权限。pointer、Self 同理。
当然，也可以选择重新设计一个 const_iterator类，这里只是用模版减少了工作量。
四、ReverseListIterator 迭代器
在 namespace my 中：
// 反向迭代器
template<class Iter>
struct ReverseListIterator
{
typedef ReverseListIterator<Iter> Self;
typedef typename Iter::reference reference;
typedef typename Iter::pointer pointer;
ReverseListIterator(const Iter& it = Iter())
:_it(it)
{
;
}
ReverseListIterator(const Self& listIter)
:_it(listIter._it)
{
;
}
reference operator*()
{
return *_it;
}
reference operator*() const
{
return *_it;
}
pointer operator->()
{
return _it->_val;
}
pointer operator->() const
{
return _it->_val;
}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp = *this;
--_it;
return temp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp = *this;
++_it;
return temp;
}
bool operator!=(const Self& listIter) const
{
return (*_it) != (*listIter._it);
}
bool operator==(const Self& listIter) const
{
return (*_it) == (*listIter._it);
}
Iter _it;
};
反向迭代器组合了 ListIterator类，毕竟 iterator 的 + + 等价 reverse_iterator 的 - -，而它的 - - 等价 reverse_iterator 的 + +。
五、list 的成员变量与初始化
在 namespace my 中：
template<class T>
class list
{
public:
typedef ListNode<T>* PNode;
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;
typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator;
typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
private:
PNode CreateNode(const T& value = T())
{
return new Node(value);
}
PNode CreateHead()
{
PNode temp = CreateNode();
temp->_pNext = temp;
temp->_pPrev = temp;
return temp;
}
PNode _pHead = CreateHead(); // 走初始化列表时会执行
size_t _size;
};
考虑到 list类 必须要带头，这里直接声明在初始化时候带头，方便后续操作。
六、list 部分函数实现
insert
这里只实现一个。
参考：std::list::insert
在 list.hpp 中：
template<typename T>
typename my::list<T>::iterator my::list<T>::insert(my::list<T>::iterator pos, const T& val)
{
PNode cur = pos._pNode;
PNode prev = pos._pNode->_pPrev;
PNode newNode = CreateNode(val);
newNode->_pPrev = prev;
newNode->_pNext = cur;
prev->_pNext = newNode;
cur->_pPrev = newNode;
++_size;
return newNode;
}
erase
参考：std::list::erase
这里只实现一个。
在 list.hpp 中：
template<typename T>
typename my::list<T>::iterator my::list<T>::erase(my::list<T>::iterator pos)
{
PNode cur = pos._pNode;
PNode prev = cur->_pPrev;
PNode next = cur->_pNext;
prev->_pNext = next;
next->_pPrev = prev;
--_size;
delete cur;
pos = nullptr;
return next;
}
其他实现了的函数不是复用就是代码量小，就不单独拎出来介绍了。
七、list 源代码
#pragma once
#include