C++ list模拟实现
目录
一、节点
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _data;
list_node(const T& x = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(x)
{}
};这段代码定义了一个模板结构
list_node，它是一个双向链表的节点结构。
在这个结构中，有三个成员：
-
_next：这是一个指向下一个节点的指针。它的类型是list_node<T>*，表示它指向的是一个list_node类型的对象。 -
_prev：这是一个指向前一个节点的指针。它的类型也是list_node<T>*，表示它指向的是一个list_node类型的对象。 -
_data：这是节点存储的数据。它的类型是T，这是一个模板参数，表示数据可以是任何类型。
此外，这个结构还有一个构造函数list_node(const T& x = T())，它接受一个类型为T的参数x，并将x赋值给_data。这个构造函数的参数有一个默认值T()，表示如果在创建list_node对象时没有提供参数，那么_data将被初始化为T类型的默认值。同时，_next和_prev被初始化为nullptr，表示新创建的节点没有连接到任何其他节点。
二、 迭代器
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct _list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef _list_iterator<T, Ref,Ptr> self;
node* _node;
_list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};这段代码定义了一个模板结构
_list_iterator，它是一个双向链表的迭代器。
在这个结构中，有以下几个部分：
-
typedef list_node<T> node;和typedef _list_iterator<T, Ref,Ptr> self;：这两行代码定义了两个类型别名，node代表链表节点的类型，self代表迭代器自身的类型。typedef ListIterator<T, Ref, Ptr>的作用是定义了一个新的类型名ListIterator，这个类型名后面可以直接接模板参数，用于创建特定类型的迭代器。例如，
ListIterator<int, int&, int*>就是一个可以用于遍历int类型链表的迭代器，它的引用类型和指针类型也都是int的引用和指针。这样做的好处是，我们可以根据需要创建不同类型的迭代器，而不需要为每一种类型都写一个新的迭代器类。这大大提高了代码的复用性和可维护性。
-
node* _node;：这是迭代器内部的一个私有成员，它是一个指向链表节点的指针，用于在链表中移动。 -
_list_iterator(node* n) : _node(n) {}：这是迭代器的构造函数，它接受一个节点指针作为参数，并将这个指针赋值给_node。
接下来是一些重载的操作符，它们使得我们可以像使用指针一样使用迭代器：
-
Ref operator*()：这是解引用操作符，它返回当前迭代器指向的节点的数据。 -
Ptr operator->()：这是箭头操作符，它返回当前迭代器指向的节点的数据的地址。 -
self& operator++()和self operator++(int)：这是前置和后置的++操作符，它们使得迭代器向后移动一位。 -
self& operator--()和self operator--(int)：这是前置和后置的--操作符，它们使得迭代器向前移动一位。 -
bool operator==(const self& s)和bool operator!=(const self& s)：这是等于和不等于操作符，它们用于比较两个迭代器是否相等。
三、双向链表
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, const T&, constT*>const_iterator;
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
template <class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(list<T>& tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it++);
}
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* new_node = new node(x);
prev->_next = new_node;
new_node->_prev = prev;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* prev = pos._node->_prev;
node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);
}
private:
node* _head;
};这段代码定义了一个模板类
list，它是一个双向链表的实现。
在这个类中，有以下几个部分：
-
template<class T> class list { typedef list_node<T> node; public: typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator; typedef _list_iterator<T, const T&, constT*>const_iterator;这些行定义了一些类型别名，
node代表链表节点的类型，iterator代表链表迭代器的类型，const_iterator代表常量链表迭代器的类型。 -
node* _head;：这是链表的头节点，它是一个私有成员。
接下来是一些成员函数：
-
iterator begin()和const_iterator begin() const：这两个函数返回链表的开始迭代器，也就是指向链表第一个元素的迭代器。 -
iterator end()和const_iterator end() const：这两个函数返回链表的结束迭代器，也就是指向链表尾部之后位置的迭代器。 -
void empty_init()：这个函数用于初始化一个空的链表，链表的头节点指向自己。 -
list()：这是链表的默认构造函数，它调用empty_init()来初始化一个空的链表。 -
list(Iterator first, Iterator last)：这是链表的另一个构造函数，它接受两个迭代器参数，然后将这两个迭代器之间的元素添加到链表中。 -
void swap(list<T>& tmp)：这个函数用于交换两个链表。 -
list(const list<T>& lt)：这是链表的拷贝构造函数，它创建一个新的链表，然后将传入的链表的元素复制到新的链表中。 -
list<T>& operator=(list<T> lt)：这是链表的赋值运算符，它使用了拷贝-交换技术，先创建一个临时链表，然后交换临时链表和当前链表。 -
~list()：这是链表的析构函数，它首先调用clear()函数删除所有的元素，然后删除头节点。 -
void clear()：这个函数用于删除链表中的所有元素。 -
void push_back(const T& x)，void push_front(const T& x)：这两个函数用于在链表的尾部和头部添加元素。 -
void pop_back()，void pop_front()：这两个函数用于删除链表的尾部和头部的元素。 -
void insert(iterator pos, const T& x)：这个函数用于在指定位置插入一个元素。 -
iterator erase(iterator pos)：这个函数用于删除指定位置的元素。
四、测试代码
void TestList() {
hbr::list<int> l;
// 测试push_back和遍历
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
l.push_back(i);
}
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 测试push_front
for (int i = 5; i < 10; ++i) {
l.push_front(i);
}
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 测试pop_back
l.pop_back();
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 测试pop_front
l.pop_front();
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 测试erase
hbr::list<int>::iterator it = l.begin();
++it; ++it; // 让迭代器指向第三个元素
l.erase(it);
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 测试insert
it = l.begin();
++it; // 让迭代器指向第二个元素
l.insert(it, 100);
for (hbr::list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
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