C++——list的模拟实现
文章目录
- 接口总览
- list结点的模拟实现
- list迭代器的模拟实现
- 迭代器类的模板参数说明
- 构造函数
- ++运算符的重载
- - - 运算符的重载
- ==运算符的重载
- !=运算符的重载
- *运算符的重载
- ->运算符的重载
- list的模拟实现
- 默认成员函数
- 构造函数
- 拷贝构造函数
- 赋值运算符重载函数
- 析构函数
- 迭代器相关函数
- 访问容器相关函数
- 插入、删除函数
- insert
- erase
- push_front和push_back
- pop_front和pop_back
- 其他函数
- size
- empty
- clear
- swap
接口总览
namespace NZB
{// 模拟实现list结点template<class T>struct _list_node{_list_node(const T& val = T()); // 构造结点//成员变量T _val; // 数据_list_node<T>* _next; // 后向指针_list_node<T>* _prev; // 前向指针};// 模拟实现list迭代器template<class T, class Ref, class Ptr>struct _list_iterator{typedef _list_node<T> node;// 重命名typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;_list_iterator(node* pnode); // 构造函数// 运算符重载self operator++();self operator--();self operator++(int);self operator--(int);bool operator==(const self& s) const;bool operator!=(const self& s) const;Ref operator*();Ptr operator->();node* _pnode; // 指向结点的指针};// 模拟实现listtemplate<class T>class list{public:typedef _list_node<T> node;typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;// 默认成员函数list();list(const list<T>& lt);list<T>& operator=(const list<T>& lt);~list();// 迭代器相关函数iterator begin();iterator end();const_iterator begin() const;const_iterator end() const;// 访问容器相关函数T& front();T& back();const T& front() const;const T& back() const;// 插入、删除函数void insert(iterator pos, const T& x);iterator erase(iterator pos);void push_back(const T& x);void pop_back();void push_front(const T& x);void pop_front();// 其他函数size_t size() const;void clear();bool empty() const;void swap(list<T>& lt);private:node* _head; //指向链表头结点的指针};
}
list结点的模拟实现
list底层实际上就是一个带头双向循环链表
实现list首先要实现它的结点类,从图中我们可以看出每个结点的成员变量为:存储数据的变量,指向前一个结点的指针和指向后一个结点的指针。
为了方便新结点的创建,还需要成员函数用于构造结点。
template<class T>
struct _list_node
{_list_node(const T& val = T()) // 构造结点:_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}//成员变量T _val; // 数据_list_node<T>* _next; // 后向指针_list_node<T>* _prev; // 前向指针
};
注意:当构造结点没有传入数据时,使用list默认构造函数构造出来的值
list迭代器的模拟实现
迭代器的作用是让使用者可以不必关心容器的底层实现,可以用简单统一的方式对容器内的数据进行访问。
list迭代器不同与string和vector迭代器,string类和vector类储存的数据是连续的,它们的迭代器类似指针,但是list类存储的数据是随机的,不能间单的用指针加减来进行访问。
为了使list满足迭代器的要求,我们对list结点进行封装,对结点指针的各种运算符操作进行重载。
迭代器类的模板参数说明
模板参数列表当中为什么有三个模板参数?
template<class T, class Ref, class Ptr>
在list的模拟实现当中,我们typedef了两个迭代器类型,普通迭代器和const迭代器。
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
迭代器类的模板参数列表当中的Ref和Ptr分别代表的是引用类型和指针类型。
当我们使用普通迭代器时,编译器就会实例化出一个普通迭代器对象;当我们使用const迭代器时,编译器就会实例化出一个const迭代器对象。
构造函数
迭代器中成员变量就只有一个,那就是结点指针,构造时直接给指针构造一个迭代器对象即可
_list_iterator(node* node)
:_node(node)
{}
++运算符的重载
前置++:
将结点指针指向下一个结点,再返回自增后的结点
self& operator++()
{_node = _node->_next;return *this;
}
后置++:
先记录当前指针指向的结点,再将结点指针指向下一个结点,返回自增前的结点
self operator++(int)
{self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;
}
- - 运算符的重载
前置 - -:
将结点指针指向前一个结点,再返回自减后的结点
self& operator--()
{_node = _node->_prev;return *this;
}
后置 - -:
先记录当前指针指向的结点,再将结点指针指向前一个结点,返回自减前的结点
self operator--(int)
{self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;
}
==运算符的重载
判断两个迭代器指针指向的结点是否相同即可
(这里不会对两个结点修改,最好用const迭代器)
bool operator==(const self& it) const
{return _node == it._node;
}
!=运算符的重载
!=和==写法类似,一个是判断迭代器指针指向的结点是否不同,一个是判断迭代器指针指向的结点是否相同
bool operator!=(const self& it) const
{return _node != it._node;
}
*运算符的重载
这里类似指针的解应用操作,直接返回迭代器指针指向的结点,因为可能会对解引用的数据进行修改所以返回引用类型。
Ref operator*()
{return _node->_data;
}
->运算符的重载
当结点储存为自定义类型时,例如结点储存也为结构体,这时再用*运算符就不太合适了,为了更好访问结点储存这里我们引入了->运算符。
->返回结点中所存储数据的地址即可
Ptr operator->()
{return &_node->_data;
}
list的模拟实现
默认成员函数
构造函数
list是一个带头双向循环链表,构造时创建一个头结点,让其前向指针和后向都指向自己
list()
{_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;
}
拷贝构造函数
新建一个结点,让其前向指针和后向指针都指向自己,再将要拷贝的数据遍历尾插到该结点中。
list(const list<T>& it)
{_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;for (const auto& e : it){push_back(e);}
}
赋值运算符重载函数
传统写法
先用clear函数清理原链表留下头结点,再将新数据遍历尾插
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{if (this != <){clear();for (const auto& e : lt){push_back(e);}}return *this;
}
现代写法
现代写法的代码量较少,首先利用编译器机制,故意不使用引用接收参数,通过编译器自动调用list的拷贝构造函数构造出来一个list对象,然后调用swap函数将原容器与该list对象进行交换,出程序后临时拷贝出的list被销毁。
list<T>& operator=(list<T> lt)
{swap(_head, lt._head);return *this;
}
析构函数
先调用clear函数清理结点留下头结点,再将头结点释放并置空
~list()
{clear();delete _head;_head = nullptr;
}
迭代器相关函数
begin和end
从string和vector类中我们知道,begin函数返回的是第一个数据的迭代器,end函数返回的是最后一个数据的下一个位置的迭代器,在list类中,begin函数返回的是头指针的下一个结点的迭代器,end函数返回的是头结点的迭代器(最后一个结点的下一个结点就是头结点)
iterator begin()
{return iterator(_head->_next);
}iterator end()
{return iterator(_head);
}
我们还需要构造一对用于const对象的迭代器
const_iterator begin() const
{return const_iterator(_head->_next);
}const_iterator end() const
{return const_iterator(_head);
}
访问容器相关函数
front和back函数分别用于获取第一个有效数据和最后一个有效数据,返回第一个有效数据和最后一个有效数据即可
T& front()
{return *begin();
}
T& back()
{return *(--end());
}
不要忘了再写一份const版本用于const类型链表
const T& front() const
{return *begin();
}
const T& back() const
{return *(--end());
}
插入、删除函数
insert
作用:在指定位置插入数据。
实现思路:先根据所给迭代器得到该位置处的结点指针cur,然后通过cur指针找到前一个位置的结点指针prev,接着根据所给数据x构造一个待插入结点,之后再建立新结点与cur,prev之间的双向关系。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);// 建立新结点与cur,prev之间的双向关系prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);
}
erase
作用:删除指定位置的数据。
实现思路:先根据所给迭代器得到该位置处的结点指针cur,然后通过cur指针找到前一个位置的结点指针prev,以及后一个位置的结点指针next,紧接着释放cur结点,最后建立prev和next之间的双向关系。
iterator erase(iterator pos)
{Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;delete cur;// 建立next,prev之间的双向关系prev->_next = next;next->_prev = prev;return iterator(next);
}
push_front和push_back
作用:头插,尾插
实现思路:套用先前实现的insert函数,利用迭代器相关函数begin和end进行头插和尾插
void push_front(const T& x)
{insert(begin(), x);
}void push_back(const T& x)
{insert(end(), x);
}
pop_front和pop_back
作用:头删,尾删
实现思路:套用先前实现的erase函数,利用迭代器相关函数begin和end进行头删和尾删(注意:尾删是删除最后一个数据,用end迭代器时需要它的前一个结点)。
void pop_back()
{erase(--end());
}void pop_front()
{erase(begin());
}
其他函数
size
作用:获取当前容器有效数据的个数
实现思路:设置变量,遍历容器,记录有效数据的个数
size_t size()
{int n = 0;iterator it = begin();// 遍历容器while (it != begin()){++it;++n;}return n;
}
empty
作用:判断容器是否为空
实现思路:判断它的begin和end迭代器是否指向同一块空间
bool empty()
{return begin() == end();
}
clear
作用:清空容器
实现思路:遍历删除结点只保留头结点
void clear()
{iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}
}
swap
作用:交换链表
实现思路:list容器当中存储的实际上就只有链表的头指针,我们将这两个容器当中的头指针交换即可。
void swap(list<T>& lt)
{::swap(_head, lt._head);//交换两个容器当中的头指针
}
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