自学内容网 自学内容网
自学内容网 > 正文

10.list的模拟实现（普通迭代器和const迭代器的类模板）

🕗 发布于 2024-04-15 18:33 list  数据结构  

1. list的介绍及使用

1.1 list的介绍

list的文档介绍

  1. list是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，并且该容器可以前后双向迭代。

  2. list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。

  3. list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。

  4. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。

  5. 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素）

1.2 list的使用

头插、尾插、尾删、头删

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <time.h>
#include <set>
using namespace std;

#include "List.h"

void test_list1()
{
    // 尾插
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);

list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;

    // 头插
lt.push_front(10);
lt.push_front(20);
lt.push_front(30);
lt.push_front(40);

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

    // 尾删
lt.pop_back();
lt.pop_back();
    // 头删
lt.pop_front();
lt.pop_front();

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

lt.pop_back();
lt.pop_back();
lt.pop_back();
lt.pop_back();
//lt.pop_back();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

insert的用法

void test_list2()
{
list<int> lt;
    // 尾插
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);

auto pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
if (pos != lt.end())
{
        // insert就是在pos位置前插入一个节点
// insert以后pos是否失效呢？（此处不存在失效）
        // 在vector中，扩容后，pos的形参发生改变，但是实参不会发生改变
        // 但是list是用链表结构，就算扩容，也不会使pos的形参发生变化
lt.insert(pos, 30);
}

    // 下面两个代码的测试可以发现，pos并不会失效
cout << *pos << endl;
(*pos)++;

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

// 此处pos失效，因为pos指向的节点都被释放了，那么再访问pos指向的空间，就会造成野指针
lt.erase(pos);
//cout << *pos << endl;
    
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

remove的用法

void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(10);
lt.push_back(2);
lt.push_back(5);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(4);
lt.push_back(6);
lt.push_back(4);
lt.push_back(3);

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 打印结果为：10 2 5 3 4 4 6 4 3

// void remove (const value_type& val);
// 从容器中删除所有与 val 相等的元素。这将调用这些对象的析构函数，并按删除的元素数减小容器大小。
// 因此，会将链表中val值为3的节点全部删除，并缩小容器的大小
lt.remove(3);

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 打印结果为：10 2 5 4 4 6 4

lt.remove(30);
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 打印结果为：10 2 5 4 4 6 4

lt.sort();   // 链表自带的排序功能

/*
sort(lt.begin(), lt.end());   // 库里面自带的排序功能，参数为迭代器的起始和结束位置
*/
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

// 先排序，才能实现去重
/*
void unique();
没有参数的版本从容器中每个连续的相等元素组中删除除第一个元素之外的所有元素。
请注意，只有当元素与紧接其前面的元素相等时，才会从列表容器中删除该元素。因此，此函数对于排序列表特别有用。
*/
lt.unique();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

vector和list排序速度的比较

void test_op()
{
srand(time(0));
const int N = 100000;
// 创建一个vector对象，并提前预留足够大的空间
vector<int> v;
v.reserve(N);

// 创建两个list对象
list<int> lt1;
list<int> lt2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
// 将生成的随机数，尾插到两个链表中
auto e = rand();
//v.push_back(e);
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}

// 将链表lt1中的数据，拷贝到vector对象v中
int begin1 = clock();
for (auto e : lt1)
{
v.push_back(e);
}
// 使用std::sort对vector对象v中的数据进行排序
sort(v.begin(), v.end());

size_t i = 0;
for (auto& e : lt1)
{
// e是lt1数据的引用
// 所以对e进行赋值，就是拷贝v中的数据到lt1中
e = v[i++];
}
int end1 = clock();




// 直接使用链表中自带的排序函数，对链表2中的数据进行排序
int begin2 = clock();
// sort(lt.begin(), lt.end());
lt2.sort();
int end2 = clock();

printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
/*
// 打印结果为：
vector sort : 246
list sort : 118
*/
// 综上可知，vector的排序速度是远大于list的排序速度的
}

2. list的模拟实现

list的私有成员变量

private:
node* _head;  // 链表的头节点
size_t _size; // 链表的大小

list_node(节点的类)

// 此处的T和list<T>是同一个模板参数
template<class T>
struct list_node
{
    // _next指向下一个节点
    list_node<T>* _next;
    // _prev指向前一个节点
    list_node<T>* _prev;
    // 该节点存放的数据
    T _data;

    // 节点的构造函数
    list_node(const T& x)   
        :_next(nullptr) 
        , _prev(nullptr)
        , _data(x)
    {}
};

__list_iterator(迭代器的类)

迭代器的价值：
1.封装底层实现，不暴露底层实现的细节。
2.提供统一的访问方式，降低使用成本。

// 迭代器的类类型就是__list_iterator<T>
// 类名就是__list_iterator
template<class T>
struct __list_iterator        
{
    // list_node<T> 就是节点的类类型，将节点的类类型定义为node
typedef list_node<T> node;
    
    // 定义了一个节点指针，但是并没有进行初始化
node* _pnode;          

    // 迭代器的构造函数
__list_iterator(node* p)   
:_pnode(p)              // 使用传递的节点p来初始化_pnode
{}

    // 迭代器的解引用
    // it为迭代器，(*it)++ 其实就是对_pnode->_data进行++, 因为是传引用返回
    // T会根据_pnode->_data的类型，实例化对应的类型
T& operator*()              // 解引用，就是返回 _pnode->data
{
return _pnode->_data;
}

    // 迭代器++
    // ++ 也就是返回_pnode->next指向节点的地址
    // 此处是传引用返回，因为_pnode->_next指向的节点存在于主函数中，
    // 所以传引用返回后依旧可以进行读写操作
    // __list_iterator<T>& 就是对迭代器对象的引用
    // __list_iterator<T>是迭代器的类型
__list_iterator<T>& operator++()   
{
        // 修改迭代器成员变量_pnode指向的节点
_pnode = _pnode->_next;
        // this就是迭代器对象的指针
        // 返回*this，就是返回迭代器对象
return *this;    
}

bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)
{
        // 判断是否相等，也就是判断两个迭代器的_pnode是否相等，比较地址是否相等
return _pnode != it._pnode;    
}
};

__list_const_iterator(const迭代器的类)

// 跟普通迭代器的区别：遍历，不能用*it修改数据
// it就是迭代器对象，*it就是迭代器指向的节点的数据，
// 对于const迭代器，const修饰的是*it，因此对于*it只能读，不能够进行修改

/*
1.const T* p1;   // const在*左侧，修饰的是*p1
2.T* const p2;   // const在*右侧，修饰的是p2
// const迭代器类似于第一种情况，保护指向的对象不被修改，但是迭代器本身是可以修改的

注：普通迭代器前加const可不是const迭代器，如下：
const list<int>::iterator cit = lt.begin();
// 这里的const修饰的是cit，也就是保护迭代器本身不可以进行修改，那么就不可以对cit进行++，或者--的操作，这不符合迭代器的行为
*/

template<class T>
struct __list_const_iterator
{
    // list_node<T> 就是节点的类类型，将节点的类类型定义为node
typedef list_node<T> node;
    // 定义了一个节点指针，但是并没有进行初始化
node* _pnode;

    // const迭代器的构造函数
__list_const_iterator( node* p)
:_pnode(p)
{}
    
    // const迭代器的解引用
const T& operator*() 
{
        // 会根据_pnode->_data类型，来实例化const T& 的类型
        // const修饰的是返回值，因此返回值无法进行修改
        // 之所以可以进行引用返回，是因为_pnode->_data不会随着函数而结束自身的生命周期
return _pnode->_data;
}

    // const迭代器++
    // __list_const_iterator<T>是const迭代器的类型
    // __list_const_iterator<T>& 是对const迭代器对象的引用
    // 此处的返回值，可以被传引用返回
__list_const_iterator<T>& operator++()
{
        // 更新const迭代器对象的成员变量_pnode指向的节点
_pnode = _pnode->_next;
        // 返回迭代器对象
return *this;
}

    // const迭代器--
    __list_const_iterator<T>& operator--()
{
_pnode = _pnode->_prev;
return *this;
}

    // const迭代器判断是否相等
bool operator!=(const __list_const_iterator<T>& it)
{
return _pnode != it._pnode;
}
};

对普通迭代器和const迭代器的合并

// 我们发现迭代器和const迭代器，有大量的冗余代码，因此做出合并
/*
Ref 是reference的缩写
ref就是引用，ptr就是指针
template<class T, class Ref, class Ptr>

同一个类模板实例化出的两个类型，
Ref可以被实例化为T&，也可以被实例化为const T&
Ptr可以被实例化为T*，也可以被实例化为const T*
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

如果是节点类型为 list<int>
则template<class T, class Ref, class Ptr>将被实例化为下面两种类类型
也就是将一个迭代器类模板，实例化为了两个类，一个普通迭代器的类，一个const迭代器的类
typedef __list_iterator<int, int&, int*> iterator;
typedef __list_iterator<int, const int&, const int*> const_iterator;
*/

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
    // 将节点的类类型定义为node
typedef list_node<T> node;
    // 将迭代器的类类型定义为Self
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;
    
    // 定义了一个节点指针，但是并没有进行初始化
node* _pnode;

    // 迭代器的构造函数
__list_iterator(node* p)
:_pnode(p)
{}

    // 迭代器的->操作
    // 通过指针访问节点对象的成员变量data
    // 在主函数中，如果创建const迭代器，也就是 const_iterator cit(head->next)
    // 因为typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
    // template<class T, class Ref, class Ptr>
    // 所以Ptr对应的类型是const int*，
    // 如果链表的类类型是list<int>
    // 那么Ptr的类型是const int*，
Ptr operator->()
{ 
        // _pnode是链表节点的指针
        // _pnode->_data，可以拿到链表节点存放的数据
        // &_pnode->_data，也就是取链表节点存放的数据的地址
return &_pnode->_data;
}
    /*
        // (详细看test_list5)下面这两种方法是等价的
        cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;
cout << it.operator->()->_row << ":" << it.operator->()->_col << endl;
        // it-> 是一个函数调用，即it.operator->()
        // it.operator->() 的返回对象类类型是pos*，所以再次使用-> ，返回pos类型的成员变量row的值
        // 本来面貌：it->->_row，编译器为了可读性，做了特殊处理，省略了一个->
    */
    

    // 同上，Ref的类型应该是const int&
Ref operator*()
{
return _pnode->_data;
}

// ++it  前置
    // 因为typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;所以Self就是一个迭代器的类类型
Self& operator++()
{
_pnode = _pnode->_next;
        // 返回一个迭代器对象（++之后的迭代器对象）
return *this;
}

// it++  后置:括号中的int为占位符
Self operator++(int)
{
        // 使用this指针指向的迭代器对象构造一个临时的迭代器对象
Self tmp(*this);
_pnode = _pnode->_next;
        // 返回++之前的迭代器对象，这个对象是一个临时对象，因此不可以进行传引用返回
return tmp;
}

    // 前置
Self& operator--()
{
_pnode = _pnode->_prev;
return *this;
}

    // 后置：括号中的int为占位符
Self operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_pnode = _pnode->_prev;
return tmp;
}

bool operator!=(const Self& it) const
{
return _pnode != it._pnode;
}

bool operator==(const Self& it) const
{
return _pnode == it._pnode;
}
};

反向迭代器的类模板

// reverse_iterator.h
// 如果要使用反向迭代器，必须要使用反向迭代器的头文件
// 给我不同容器的正向迭代器，适配出对应的这个容器需要的反向迭代器
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
class ReverseIterator
{
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;

public:
    // 构造函数
ReverseIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}

    // 以list为例
    // begin() 对应的是 rend()  ;  begin() 指向首个元素 --> rend() 指向首个元素
    // end()   对应的是 rbegin() ; end() 指向的是哨兵位 --> rbegin() 指向的是哨兵位
    /*
    end()     begin()
    哨兵位        1      2      3      4
    rbegin()   rend()
    rend()                          rbegin()    进行--操作之后的位置
    */
    // 因此  解引用指向的元素时，必须 --tmp
    // 因为begin() 进行--操作之后，与rbegin()对应的节点是一致的
    // 如 return reverse_iterator(begin()); 使用正向迭代器的开始迭代器 构造 反向迭代器的结束迭代器
    // 如果要进行解引用，--正向迭代器之后才是其正确的位置
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _it;
return *(--tmp);
}

Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}

Self& operator++()
{
        // 反向迭代器的++对应正常迭代器的--
--_it;
return *this;
}

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

bool operator!= (const Self& s) const
{
return _it != s._it;
}

private:
Iterator _it;
};

list双向链表的构造函数

/*
// 节点的构造函数
list_node(const T& x)   
:_next(nullptr) 
, _prev(nullptr)
, _data(x)
{}
*/

/*
list()
{
// T()就是构造节点所需要的参数const T& x
    // T()：也就是调用x的默认构造函数去初始化这个参数x 
    // T()：类型为x的一个匿名对象
_head = new node(T());  
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
*/

void empty_initialize()
{
_head = new node(T());
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}

// 双向链表的无参构造函数
list()
{
empty_initialize();
}

list::push_back, push_front, pop_front, pop_back

//尾插
void push_back(const T& x)
{
    // 方法一
    /*
    // 先创建一个新节点
    node* newnode = new node(x);   
   
    // _head->prev中存放的是tail节点的地址
node* tail = _head->_prev;     

// _head    newnode   tail
    // 将上面三个节点按顺序双向链接起来
tail->_next = newnode;    
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
*/
    
    // 方法二
    // 当我们实现insert()之后，我们就可以通过insert()来实现 push_back
    // 也就是在end()位置前插入
    insert(end(), x);
}

// 头插   
void push_front(const T& x)
{
    // 头插就是在begin()位置前插入
insert(begin(), x);
}

// 头删
void pop_front()
{
    // 头删就是删除begin()位置的节点
erase(begin());
}

// 尾删
void pop_back()
{
    // 尾删就是删除end()位置前的节点
    // --end() 会调用operator--
erase(--end());
}

list的拷贝构造函数的传统写法

void empty_initialize()
{
_head = new node(T());
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}

// lt3(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
    // 初始化这个对象,也就是初始化lt3
empty_initialize();

    // 将迭代器节点指向数据尾插到新对象中
    // lt是lt1的引用，也就是将lt1的数据尾插到lt3
    // 这样就实现了lt1到lt3的拷贝
for (const auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}

list拷贝函数的现代写法

// 类名  类型
// 普通类  类名 等价于 类型
// 类模板  类名  不等价于  类型
// 如：list模板 类名是list  类型是list<T> 
// 类模板里面可以用类名代表类型，但是建议不要那么用


//  构造函数（使用迭代器来构造对象）
// tmp(lt)
template <class InputIterator>  
list(InputIterator first, InputIterator last)   
{
    // 初始化这个对象,也就是初始化tmp
empty_initialize();
    // first就是链表lt起始位置的迭代器对象
    // last就是链表lt结束位置的迭代器对象
while (first != last)
{
        // 将迭代器的数据，尾插到新的链表tmp中
push_back(*first);
++first;
}
}

void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}

// 现代写法
// lt3(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
    // 初始化这个对象,也就是初始化lt3
empty_initialize();
    
    // 用it的迭代区间数据创建一个list的临时对象
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());  
    
    // 再将临时对象与目标对象的_head，_size进行交换
    // 出了当前函数的作用域之后，tmp就会被销毁
    // 但是构造给tmp的资源都已经交给了lt3
swap(tmp);                         
}

list对象的赋值重载

void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
        // erase()会返回被删除节点的下一个节点的迭代器
        // 最后it就是end()位置的迭代器，那么就会跳出循环
        // end()位置的迭代器，也就是_head哨兵位节点的迭代器
it = erase(it);   
}
}


// 传统写法
// lt2 = lt1
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{
    // lt就是lt1的传引用
    // this就是lt2的地址
    // this != &lt 就是判断lt2的地址是否与lt1的地址相等
if (this != &lt)    
{
        // 使用clear()清空双向循环链表中，除哨兵位的所有节点
clear();
for (const auto& e : lt)   // 此处使用传引用，就可以减少拷贝
{
            // 将lt的数据，全部插入到lt2中
push_back(e);
}
}

    // 返回lt2的迭代器对象
return *this;
}

// 现代写法
// lt3 = lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
//list& operator=(list lt) // 不建议
{
swap(lt);
return *this;
}

list::insert

// 在pos迭代器的节点位置前插入新节点
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* newnode = new node(x);
node* cur = pos._pnode;           // pos迭代器位置处的节点为 pos._pnode
node* prev = cur->_prev;          // 再找到cur的前一个节点

// prev newnode cur          将这三个节点双向链接起来
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;

    // 使用newnode构建一个迭代器,并返回这个迭代器对象
return iterator(newnode);
}

list::erase

iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());    // 保证链表不为空

node* prev = pos._pnode->_prev;    // prev 为pos._pnode前一个节点的地址
node* next = pos._pnode->_next;    // next 为pos._pnode后一个节点的地址

    // 将prev next双向链接起来
prev->_next = next;
next->_prev = prev;

delete pos._pnode;    // 释放 pos._pnode节点

    // 返回 pos._pnode节点下一个节点的迭代器
    // 也就是返回，next节点构建的迭代器
return iterator(next); 
}

list的析构函数

void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
        // erase()会返回被删除节点的下一个节点的迭代器
        // 最后it就是end()位置的迭代器，那么就会跳出循环
        // end()位置的迭代器，也就是_head哨兵位节点的迭代器
it = erase(it);   
}
}

~list()
{
clear();

delete _head;
_head = nullptr;
}

list类的完整实现

template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
    // 迭代器的老版本
// typedef __list_iterator<T> iterator;
// typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;
        
    // 迭代器的改良版本
// typedef __list_iterator<T, T&> iterator;
// typedef __list_iterator<T, const T&> const_iterator;
    
    // 再次改良迭代器
    // 此处的T和list<T>是同一个模板参数
    typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
    
    // 反向迭代器
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
    
    reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}

reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
    
    // 右侧的const修饰的是this指针
    const_iterator begin() const
    {
        // head是带头双向循环链表的哨兵位
        // _head->_next是双向链表的头节点
        // 使用头节点的指针构造一个迭代器的对象
    return const_iterator(_head->_next);
    }

const_iterator end() const
{
        // _head->next 是带头双向循环链表头节点
        // _head->prev 是带头双向循环链表的尾节点
        // end()是只迭代器的末尾位置，end是尾节点的下一个位置，也就是tail->next
        // tail->next就是哨兵位，也就是_head
return const_iterator(_head);
}

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

iterator end()
{
// iterator it(_head);
// return it;
return iterator(_head);   // 返回迭代器的匿名对象
}

void empty_initialize()
{
        // 这里只能使用T的默认构造来对node进行构造
        // 因为此时，并不能确定T是什么类型
        // 如果T是int类型，那么T的默认构造，T()就是0
_head = new node(T());
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;

_size = 0;
}

    // 链表的构造函数
list()
{
empty_initialize();
}

    // 传统的拷贝函数
// lt2(lt1) 
    /*
list(const list<T>& lt)
{
empty_initialize();

for (const auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
*/

    // 传统的赋值重载函数
// lt1 = lt3
//list<T>& operator=(const list<T>& lt)
//{
//if (this != &lt)
//{
//clear();
//for (const auto& e : lt)
//{
//push_back(e);
//}
//}

//return *this;
//}

    // 构造函数，通过迭代器来构造
template <class InputIterator>  
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_initialize();

while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}

    // 自己写的交换函数
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}

// 拷贝函数的现代写法
    // 普通类  类名 等价于 类型
    // 类模板  类名  不等价于  类型
    // 如：list模板 类名list  类型list<T> 
    // 类模板里面（也就是类模板内部）可以用类名代表类型，但是建议不要那么用
    
    // 拷贝函数
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
//list(const list& lt) // 不建议这么写，最好将类型写为list<T> 
{
empty_initialize();

list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}

    // 赋值重载的现代写法
// lt3 = lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
//list& operator=(list lt)    // 不建议这么写，最好将类型写为list<T> 
{
swap(lt);
return *this;
}

size_t size() const
{
return _size;
}

bool empty() const
{
return _size == 0;
}

~list()
{
clear();

delete _head;
_head = nullptr;
}

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

void push_back(const T& x)
{
//node* newnode = new node(x);
//node* tail = _head->_prev;
 _head         tail   newnode
//tail->_next = newnode;
//newnode->_prev = tail;
//newnode->_next = _head;
//_head->_prev = newnode;

insert(end(), x);
}

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

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

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

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* newnode = new node(x);
node* cur = pos._pnode;
node* prev = cur->_prev;

// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;

++_size;

return iterator(newnode);
}

iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());

node* prev = pos._pnode->_prev;
node* next = pos._pnode->_next;

prev->_next = next;
next->_prev = prev;

delete pos._pnode;
--_size;

return iterator(next);
}
    
private:
node* _head;
size_t _size;
};

3.测试

测试迭代器（test1）

void test_list1()
{
    list<int> lt;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);

    // iterator是类里面的类型，那么有如下两种情况
    // 1、内嵌类型     
    // 2、迭代器的行为是像指针一样
    // 对于vector的迭代器类型：typedef int* iterator;    // 迭代器++，跳过4个字节
    // 对于string的迭代器类型：typedef char* iterator;   // 迭代器++，跳过1个字节
    // vector和string的迭代器++，或者--之后，都可以找到对应的数据，因为其存储空间是连续的
    // 但是对于list却不能够像vector和list一样，因为每个节点的空间都是独立的，因此对于list的迭代器
    // 需要专门实现一个迭代器的类
    list<int>::iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    for (auto e : lt)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

test_list5

struct Pos
{
int _row;
int _col;

Pos(int row = 0, int col = 0)
:_row(row)
,_col(col)
{}
};

void print_list(const list<Pos>& lt)
{
    // it就是链表的初始位置的迭代器
    // 在list类里面的定义：typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
list<Pos>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
        /*
        it-> 是一个函数调用，即it.operator->()
        it.operator->() 的返回对象类类型是const pos*，所以拿到的类型为pos的对象的值是不可以被修改的，因此const在*左侧，这个对象被const修饰
        再次使用-> ，返回pos类型的成员变量row的值
        本来面貌：it->->_row，编译器为了可读性，做了特殊处理，省略了一个->
        */
        // 那么下面这行代码的使用就是错误的
        // it->_row++;
        
cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;
++it;
}
cout << endl;
}

void test_list5()
{
    // 创建一个链表对象，模版类型被实例化为pos类型
list<Pos> lt;
    // 创建一个pos对象
Pos p1(1, 1);
    // 将pos对象p1尾插到链表中
lt.push_back(p1);
lt.push_back(p1);
lt.push_back(p1);
    // 构建一个匿名的pos对象，并将其尾插到链表中
    // 这个匿名的pos的生命周期，只在当前这一行，除了这一行，这个匿名对象就会被销毁
lt.push_back(Pos(2,2));
lt.push_back(Pos(3,3));
    
// int* p  ：  *p   可以通过解引用找到p指针所指向的数据
// Pos* p  ：  p->  可以通过-> 找到pos指针所指向的数据
list<Pos>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
// pos为一个类，_row,_col为pos类的成员变量
        // 因为pos对象存放在链表中，所以*it 解引用就可以拿到类类型为pos的对象
        // 在通过这个对象来访问其成员变量
        cout << (*it)._row << ":" << (*it)._col << endl;

        
        // 当我们写了 ->的重载函数后
        // 使用-> 打印pos类中数据的三种方法
        /*
cout << (&(*it))->_row << ":" << (*it)._col << endl;
        // *it 是pos； &(*it) 也就是pos*, 在通过pos*进行->操作找到_row的数据
        */

        /*
        // 下面这两种方法是等价的
        cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;
cout << it.operator->()->_row << ":" << it.operator->()->_col << endl;
        // it-> 是一个函数调用，即it.operator->()
        // it.operator->() 的返回对象类类型是pos*，所以再次使用-> ，返回pos类型的成员变量row的值
        // 本来面貌：it->->_row，编译器为了可读性，做了特殊处理，省略了一个->
        */

++it;
}
cout << endl;

print_list(lt);
}

4.完整的模拟实现，并测试

namespace qwy
{
    // 链表的节点的类模板
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _data;

list_node(const T& x)
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(x)
{}
};

    // 迭代器的类模板
// 同一个类模板实例化出的两个类，分别是普通迭代器的类和const迭代器的类
// typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
// typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;
node* _pnode;

__list_iterator(node* p)
:_pnode(p)
{}

Ptr operator->()
{
return &_pnode->_data;
}

Ref operator*()
{
return _pnode->_data;
}

Self& operator++()
{
_pnode = _pnode->_next;
return *this;
}

Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_pnode = _pnode->_next;
return tmp;
}

Self& operator--()
{
_pnode = _pnode->_prev;
return *this;
}

Self operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_pnode = _pnode->_prev;
return tmp;
}

bool operator!=(const Self& it) const
{
return _pnode != it._pnode;
}

bool operator==(const Self& it) const
{
return _pnode == it._pnode;
}
};

    // 带头双向循环链表的类模板
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

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

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

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

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

void empty_initialize()
{
_head = new node(T());
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;

_size = 0;
}

list()
{
empty_initialize();
}


template <class InputIterator>  
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_initialize();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}

void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}

// 拷贝构造的现代写法
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_initialize();

list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}

        // 负值重载的现代写法
// lt3 = lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}

size_t size() const
{
return _size;
}

bool empty() const
{
return _size == 0;
}

~list()
{
clear();

delete _head;
_head = nullptr;
}

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

void push_back(const T& x)
{
//node* newnode = new node(x);
//node* tail = _head->_prev;
 _head         tail   newnode
//tail->_next = newnode;
//newnode->_prev = tail;
//newnode->_next = _head;
//_head->_prev = newnode;

insert(end(), x);
}

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

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

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

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* newnode = new node(x);
node* cur = pos._pnode;
node* prev = cur->_prev;

// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;

++_size;

return iterator(newnode);
}

iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());

node* prev = pos._pnode->_prev;
node* next = pos._pnode->_next;

prev->_next = next;
next->_prev = prev;

delete pos._pnode;
--_size;

return iterator(next);
}

private:
node* _head;
size_t _size;
};

void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);

// iterator 1、内嵌类型 2、行为像指针一样 
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}


void test_list2()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_front(5);
lt.push_front(6);

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

lt.pop_back();
lt.pop_back();
lt.pop_front();
lt.pop_front();

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_front(5);
lt.push_front(6);

for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << lt.size() << endl;

list<int> lt1(lt);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

list<int> lt2;
lt2.push_back(10);
lt2.push_back(20);
lt2.push_back(30);
lt2.push_back(40);
cout << lt2.size() << endl;

lt = lt2;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

void print_list(const list<int>& lt)
{
list<int>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
// (*it) += 2; // 不能写
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}

void test_list4()
{
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);

list<int>::iterator it = lt1.begin();
while (it != lt1.end())
{
(*it) += 2; // 可以写
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;

print_list(lt1);
}

struct Pos
{
int _row;
int _col;

Pos(int row = 0, int col = 0)
:_row(row)
,_col(col)
{}
};

void print_list(const list<Pos>& lt)
{
list<Pos>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//it->_row++;

cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;

++it;
}
cout << endl;
}

void test_list5()
{
list<Pos> lt;
Pos p1(1, 1);
lt.push_back(p1);
lt.push_back(p1);
lt.push_back(p1);
lt.push_back(Pos(2,2));
lt.push_back(Pos(3,3));

// int* p  -> *p
// Pos* p  -> p->
list<Pos>::iterator it = lt.begin();
//list<Pos>::iterator it2 = it;
while (it != lt.end())
{
it->_row++;

//cout << (&(*it))->_row << ":" << (*it)._col << endl;
cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;
//cout << it.operator->()->_row << ":" << it->_col << endl;

++it;
}
cout << endl;

print_list(lt);
}
}

5.vector和list的对比

vector优点：
1.下标随机访问
    2.尾插尾删效率高
    3.CPU高速缓存命中高
    
    缺点：
    1.前面部分插入删除数据低
    2.扩容有消耗，还存在一定空间浪费
    
list优点：
    1.按需申请释放，无需扩容
    2.任意位置插入删除，时间复杂度为O(1)
    
    缺点：
    1.不支持随机访问
    2.CPU高速缓存命中低
    
迭代器失效：
    vector: insert/erase
    list: earse
    string: insert/erase（和vector类似，但是string一般不关注失效，因为string的insert/erase 重用接口函数都是下标支持的，迭代器支持用得很少）

原文地址：https://blog.csdn.net/Q2691463021/article/details/137755243

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！

相关文章

自学内容网
Copyright © 2015-2024