【C++】list类模拟实现-创新互联

list

一、list类实现准备
- 1.1 list的节点类
- 1.2 list类的成员变量
二、迭代器实现❗️❗️
- 2.1 正向迭代器
- 2.2 反向迭代器
三、list类接口的实现
- 3.1 构造函数
- 3.2 begin()和end()
- 3.3 插入
- 3.4 头插和尾插
- 3.5 删除
- 3.6 头删和尾删
- 3.7 clear()和析构
- 3.8 拷贝构造
- - 3.8.1 现代写法
- 3.9 赋值拷贝
- - 3.9.1 现代写法
- 3.10 初始化冲突问题

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首先要知道list就是一个带头循环双向链表，在博主以前的文章有过详细讲解顺序表和链表超详细大总结
现在我们首先就要实现每个节点的类：

1.1 list的节点类

templatestruct ListNode
	{ListNode(const T& val = T())
			: _prev(nullptr)
			, _next(nullptr)
			, _val(val)
		{}
		ListNode* _prev;
		ListNode* _next;
		T _val;
	};

1.2 list类的成员变量

list的成员变量只需要头节点

typedef ListNodeNode;
private:
		Node* _head;

二、迭代器实现❗️❗️ 2.1 正向迭代器

按照以前的思路写迭代器如下：

templatestruct _list_iterator
	{typedef ListNodeNode;
		_list_iterator(Node* p)
		{	_p = p;
		}

		T& operator*()
		{	return _p->_val;
		}

		_list_iterator& operator++()
		{	_p = _p->_next;
			return *this;
		}

		_list_iterator& operator++(int)
		{	_list_iteratortmp(*this);
			_p = _p->_next;
			return tmp;
		}

		_list_iterator& operator--()
		{	_p = _p->_prev;
			return *this;
		}

		_list_iterator& operator--(int)
		{	_list_iteratortmp(*this);
			_p = _p->_prev;
			return tmp;
		}

		//end() 返回临时变量具有常属性 
		bool operator!=(const _list_iterator& it) const
		{	return _p != it._p;
		}

		bool operator!=(const _list_iterator& it) const
		{	return _p == it._p;
		}

		Node* _p;
	};

我们还有个迭代器叫做const迭代器，就是可以++，--，*，就是用的时候不能修改。也就是不能返回T&而是const T&
有人可能想实现一个const版本的重载：

const T& operator*() const
		{	return _p->_val;
		}

但现在我们的容器是const，传的迭代器没有变，想要修改还是可以。
为了解决这个问题，第一个方法是拷贝一份迭代器，换个名字，在使用上面的const版本*重载即可。但这样就会造成代码冗余。

所以我们可以这样修改：

typedef _list_iteratoriterator;
typedef _list_iteratorconst_iterator;

传入两个模板参数，迭代器模板使用template
再把*重载改成：

Ref operator*()
		{	return _p->_val;
		}

双模板参数迭代器实现如下：

templatestruct _list_iterator
	{typedef ListNodeNode;
		typedef _list_iteratoriterator;
		_list_iterator(Node* p)
		{	_p = p;
		}

		Ref operator*()
		{	return _p->_val;
		}

		iterator& operator++()
		{	_p = _p->_next;
			return *this;
		}

		iterator& operator++(int)
		{	_list_iteratortmp(*this);
			_p = _p->_next;
			return tmp;
		}

		iterator& operator--()
		{	_p = _p->_prev;
			return *this;
		}

		iterator& operator--(int)
		{	iterator tmp(*this);
			_p = _p->_prev;
			return tmp;
		}

		//end() 返回临时变量具有常属性 
		bool operator!=(const iterator& it) const
		{	return _p != it._p;
		}

		bool operator==(const iterator& it) const
		{	return _p == it._p;
		}

		Node* _p;
	};

但是我们可以发现还有一个问题：*重载如果是原生类型好说，但是对于自定义类型我们需要取出每一个对象就需要重载->。
例如我们想要打印日期类的年月日，直接*取出的是节点。所以我们可以重载一个->拿到节点。

T* operator->()
	{return &_p->_val;
	}

打印年月日就可以这么写：

list::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{cout<< it->year<< it->month<< it->day<< endl;
	++it;
}

其实这里应该写成it->->year，为了可读性编译器优化省略了一个->。而且所有类型只要想重载->都会这样省略。而重载->又会涉及到是否能修改的问题。所以再传一个模板参数。

typedef _list_iteratoriterator;
typedef _list_iteratorconst_iterator;

对于迭代器：

Ptr operator->()
		{	return &_p->_val;
		}

2.2 反向迭代器

其实正向迭代器就是对Node* 指针的封装，而反向迭代器就是正向迭代器的封装。

反向迭代器的--就是正向迭代器的++。
而比较大的区别时反向迭代器的*重载取得不是当前位置，而是前一个位置的值。
在这里插入图片描述
正向迭代器的开始就是反向迭代器的结束，正向迭代器的结束就是反向迭代器的开始。
代码如下：

namespace yyh
{templatestruct reverse_iterator
	{typedef reverse_iteratoriterator;
		// 封装正向迭代器
		reverse_iterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{	Iterator tmp = _it;
			return *--tmp;
		}

		Ptr operator->()
		{	Iterator tmp = _it;
			return &--tmp;
		}

		iterator& operator++()
		{	--_it;
			return *this;
		}

		iterator& operator++(int)
		{	iterator tmp(*this);
			--_it;
			return tmp;
		}

		iterator& operator--()
		{	++_it;
			return *this;
		}

		iterator& operator--(int)
		{	iterator tmp(*this);
			++_it;
			return tmp;
		}

		bool operator==(const iterator& it) const
		{	return _it == it._it;
		}

		bool operator!=(const iterator& it) const
		{	return _it != it._it;
		}

		Iterator _it;
	};
}

三、list类接口的实现 3.1 构造函数

_list_iterator(Node* p)
		{	_p = p;
		}

3.2 begin()和end()

iterator begin()
		{	return iterator(_head->_next);
		}

		iterator end()
		{	return iterator(_head);
		}

		const const_iterator begin() const
		{	return const_iterator(_head->_next);
		}

		const const_iterator end() const
		{	return const_iterator(_head);
		}

3.3 插入

iterator insert(iterator pos, const T& val)
		{	Node* cur = pos._p;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(val);
			cur->_prev = newnode;
			newnode->_next = cur;
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			return iterator(newnode);
		}

3.4 头插和尾插

void push_back(const T& val)
		{	insert(end(), val);
		}

		void push_front(const T& val)
		{	insert(begin(), val);
		}

3.5 删除

iterator erase(iterator pos)
		{	assert(pos != end());
			Node* prev = pos._p->_prev;
			Node* next = prev->_next->_next;
			delete pos._p;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			return iterator(next);
		}

3.6 头删和尾删

void pop_back()
		{	erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{	erase(begin());
		}

3.7 clear()和析构

~list()
		{	clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		void clear()
		{	iterator it = begin();
			while (it != end())
			{		it = erase(it);
			}
		}

3.8 拷贝构造

list(const list& lt)
		{	// 先创建头节点
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			const_iterator it = lt.begin();
			while (it != lt.end())
			{		push_back(*it);
				++it;
			}
		}

这里要注意先创建头节点，再插入数据。

3.8.1 现代写法

// 迭代器区间初始化
		templatelist(InputIterator first, InputIterator last)
		{	// 先创建头节点
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			while (first != last)
			{		push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		list(const list& lt)
		{	_head = new Node;// _head不能为nullptr,析构会解用
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			listtmp(lt.begin(), lt.end());
			swap(_head, tmp._head);
		}

这里如果给_head赋值为nullptr，后边调用clear()会用到return iterator(_head->_next);，程序崩溃。

3.9 赋值拷贝

list& operator=(const list& lt)
		{	if (this != <)
			{		clear();
				for (auto& e : lt)
				{push_back(e);
				}
			}
			return *this;
		}

3.9.1 现代写法

list& operator=(listlt)
		{	_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			swap(_head, lt._head);
			return *this;
		}

3.10 初始化冲突问题

当我们想用n个val初始化的时候：

list(size_t n, const T& val = T())
		{	_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			for (size_t i = 0; i< n; i++)
			{		push_back(val);
			}
		}

但是我们前面使用迭代器初始化：

templatelist(InputIterator first, InputIterator last)
		{	// 先创建头节点
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			while (first != last)
			{		push_back(*first);
				++first;
			}
		}

当我们使用listlt(5, 1)时，此时我们就会传到迭代器区间初始化，造成寻址错误。
解决方法：
重载一个int 类型的初始化函数：

list(size_t n, const T& val = T())
		{	_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			for (size_t i = 0; i< n; i++)
			{		push_back(val);
			}
		}

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