C++ list模拟实现

目录

一、节点

二、 迭代器

三、双向链表

四、测试代码

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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：

1. _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。

2. _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。

3. _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：

1. 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。

2. 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。

3. _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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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：

1. 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。

2. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. void swap(list<T>& tmp)：这个函数用于交换两个链表。

7. 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。

8. 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。

9. ~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。

10. void clear()：这个函数用于删除链表中的所有元素。

11. 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。

12. 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。

13. void insert(iterator pos, const T& x)：这个函数用于在指定位置插入一个元素。

14. 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;
}