【C++】list容器功能模拟实现

介绍

? ? ? ? 上一次介绍了list队容器的迭代器模拟，这次模拟实现list的简单功能，尤其要注意构造函数、析构函数、以及赋值运算符重载的实现。

? ? ? ? list容器需要接纳所有类型的数据，因此，结构设置与迭代器设置同理，需要引入结点，数据。

? ? //结点结构

? ? template<class T>
?? ?struct ListNode
?? ?{
?? ??? ?ListNode<T>* _next;
?? ??? ?ListNode<T>* _last;
?? ??? ?T _data;
?? ??? ?ListNode(const T& x = T())
?? ??? ??? ?:_next(nullptr)
?? ??? ??? ?, _last(nullptr)
?? ??? ??? ?, _data(x)
?? ??? ?{ }
?? ?};

? ? //list容器基本元素

????template<class T>
?? ?class list
?? ?{
?? ?public:
?? ??? ?typedef ListNode<T> Node;??
?? ??? ?typedef _list_iterator<T> iterator;

?? ?private:
?? ??? ?Node* _node;? //此结点为哨兵结点，前指头结点，后指尾结点，里面没有数据
?? ?};

---

一，构造函数

? ? ? ? 构造函数只需构造“ 哨兵结点 ”即可，因为这里使用链式结构存储，因此构造函数没有顺序结构那样的逻辑。代码如下：

list()
{
?? ?_node = new Node;
?? ?_node->_last = _node;
?? ?_node->_next = _node;
}

? ? ? ? 拷贝构造的实现可直接运用赋值运算符，这里要注意，由于这里的设计设计到动态空间的申请，所以实现时需进行深拷贝。

? ? ? ? 这里，我们先实现push_back尾插功能，代码如下：

//尾插功能

void push_back(const T& x = T())?
{
?? ?Node* node = new Node;
?? ?node->_data = x;
?? ?node->_next = _node;
?? ?node->_last = _node->_last;
?? ?_node->_last->_next = node;
?? ?_node->_last = node;
}

? ? ? ? 下面是赋值运算符和拷贝构造的实现，唯一要注意的是在使用赋值运算符前，要先确定“ 哨兵结点 ”，即普通的构造函数。

//赋值运算符重载
list<T>& operator=(list<T>& L)
{
?? ?Node* node = (L._node)->_next;
?? ?while (node != L._node)
?? ?{
?? ??? ?push_back(node->_data);
?? ??? ?node = node->_next;
?? ?}
?? ?return *this;
}

//拷贝构造函数

list(list<T>& L)
{

? ? //哨兵结点的构造
?? ?_node = new Node;
?? ?_node->_last = _node;
?? ?_node->_next = _node;

? ? //赋值运算符的使用
?? ?*this = L;
}

? ? ? ? 下面进行样例代码测试：

void test1()
{
?? ?list<int> v1;
?? ?v1.push_back(1);
?? ?v1.push_back(2);
?? ?v1.push_back(3);
?? ?v1.push_back(4);
?? ?list<int> v2;
?? ?v2 = v1;
?? ?list<int> v3(v1);
?? ?std::cout << "List v2: ";
?? ?for (auto e : v2)
?? ?{
?? ??? ?std::cout << e << " ?";
?? ?}
?? ?std::cout << std::endl;
?? ?std::cout << "List v3: ";
?? ?for (auto e : v3)
?? ?{
?? ??? ?std::cout << e << " ?";
?? ?}
?? ?std::cout << std::endl;
}

?测试数据结果：

---

二，析构函数

? ? ? ? 析构函数的设计只需诼渐释放所有结点即可，包括“ 哨兵结点 ”。代码如下：

~list()
{
?? ?Node* t = _node->_next;
?? ?while (t != _node)
?? ?{
?? ??? ?Node* next = t->_next;
?? ??? ?delete t;
?? ??? ?t = next;
?? ?}
?? ?delete t;? ? //最后释放哨兵结点
?? ?t = nullptr;
}

---

三，list容器接口

? ? ? ? 这里实现begin()、end()、push_back(这个接口上面已实现，这里不做演示)、pop_back、push_front、pop_front。代码如下：

iterator begin()? //获取头结点
{
?? ?return _node->_next;
}
iterator end()? //获取尾结点
{
?? ?return _node;
}
void pop_back()? //尾删
{
?? ?assert(_node->_next != _node);
?? ?Node* node = _node->_last->_last;
?? ?delete _node->_last;
?? ?_node->_last = node;
?? ?node->_next = _node;
}
void push_front(const T& x = T())? //头插
{
?? ?Node* node = new Node;
?? ?node->_data = x;
?? ?node->_next = _node->_next;
?? ?node->_last = _node;
?? ?_node->_next->_last = node;
?? ?_node->_next = node;
}
void pop_front()? //头删
{
?? ?assert(_node->_next != _node);
?? ?Node* node = _node->_next->_next;
?? ?delete _node->_next;
?? ?_node->_next = node;
?? ?node->_last = _node;
}

? ? ? ? list容器常用功能有clear()、swap()、erase、insert。接口参数与实现如下：

void clear()
{
?? ?Node* t = _node->_next;
?? ?while (t != _node)
?? ?{
?? ??? ?Node* next = t->_next;
?? ??? ?delete t;
?? ??? ?t = next;
?? ?}
?? ?t = nullptr;
}
void swap(list<T>& L)
{
?? ?std::swap(_node, L._node);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
{
?? ?Node* node = new Node;
?? ?node->_data = x;
?? ?node->_next = pos.node;
?? ?node->_last = (pos.node)->_last;
?? ?node->_next->_last = node;
?? ?node->_last->_next = node;
?? ?return node;
}
iterator erase(iterator pos)
{
?? ?assert(pos.node != _node);
?? ?Node* next = (pos.node)->_next;
?? ?Node* last = (pos.node)->_last;
?? ?delete pos.node;
?? ?next->_last = last;
?? ?last->_next = next;
?? ?return next;
}

????????下面进行样例代码测试：

void test2()
{
?? ?list<int> v;
?? ?v.push_back(1);
?? ?v.push_back(2);
?? ?v.push_back(3);
?? ?v.push_back(4);
?? ?v.push_back(5);
?? ?list<int>::iterator it = ++v.begin();
?? ?v.insert(it, 9);
?? ?v.erase(v.begin());
?? ?for (auto e : v)
?? ?{
?? ??? ?std::cout << e << " ?";
?? ?}
?? ?std::cout << std::endl;
}

测试数据结果如下：

????????其它细节逻辑可自行测试，这里不再一一演示。

????????总：list容器的模拟实现跟部分容器可能有些难度，这里注重要注意类型使用和转换，迭代器的模拟以及构造赋值与析构。功能实现的逻辑基本与链式逻辑一样。