C++初阶-反向迭代器的模拟实现

一、反向迭代器的定义

??我们反向迭代器的思路是复用正向迭代器的功能，使用一个正向迭代器来创建一个反向迭代器，如果是vector的正向迭代器，创建的就是vector的反向迭代器，如果是list的正向迭代器，创建的就是list的反向迭代器。
??我们之前实现普通迭代器是声明了一个迭代器类。此时，我们也要定义一个反向迭代器类。而这个反向迭代器是由正向迭代器构造而来的。

template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
struct ReverseIterator
{
	typedef ReverseIterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;
	Iterator _cur;

	ReverseIterator(Iterator it)
		:_cur(it)
	{}
};

??在list类中，我们要重命名一个反向迭代器，并将其调用接口写好。其中关于模板参数的书写，我们要注意一下。
??第一个模板参数是普通迭代器类型。
??第二个是迭代器其指向其数据的数据类型的引用。
??第三个是迭代器其指向其数据的数据类型的指针。
并在此基础上定义好const_iterator

typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator;
typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;

typedef ReverseIterator <iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator <iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;

??这样的好处是，调用普通的rbegin()则创建普通的反向迭代器，其中operator*的返回值是可修改的。
??而const成员调用的是const类型rbegin()，则创建了const_iterator。
??以下是list中通过普通迭代器构造出反向迭代器的rbegin()、rend()。

reverse_iterator rbegin()
{
	return reverse_iterator(end());
}

reverse_iterator rend()
{
	return reverse_iterator(begin());
}

二、反向迭代器的功能

2.1 operator++

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

Self& operator++(int)
{
	Self& tmp(_cur);
	--_cur;
	return tmp;
}      

2.2 operator- -

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

Self& operator--(int)
{
	Self& tmp(_cur);
	++_cur;
	return tmp;
}

2.3 operator*

??这里先明确一点，在STL中，反向迭代器的rbegin()是由list的end()构造的，也就是_head结点。所以我们在解引用的时候，其实是返回其前一个位置的数据。这样做的好处是为了做到迭代器指向的对称。

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

2.4 operator！=

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

三、list反向迭代器模拟实现完整代码

3.1 list.h

#pragma once
#include<assert.h>
#include"Iterator.h"

namespace zl
{
	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)
		{}
	};

	//1、迭代器要么就是原生指针
	//2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装，模拟指针的行为
	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->()    //it->_a1  it->->_a1  本来应该是两个->，但是为了增强可读性，省略了一个->
		{
			return &_node->_data;
		}

		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;

			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;
		}
	};

	//template<class T, class Ref, class Ptr>
	//struct __list_reverse_iterator
	//{
	//	typedef list_node<T> node;
	//	typedef __list_reverse_iterator<T, Ref, Ptr> self;
	//	node* _node;

	//	__list_reverse_iterator(node* n)
	//		:_node(n)
	//	{}

	//	Ref& operator*()
	//	{
	//		return _node->_data;
	//	}

	//	Ptr operator->()    //it->_a1  it->->_a1  本来应该是两个->，但是为了增强可读性，省略了一个->
	//	{
	//		return &_node->_data;
	//	}

	//	self& operator++()
	//	{
	//		_node = _node->_prev;
	//		return *this;
	//	}

	//	self operator++(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);
	//		_node = _node->_prev;

	//		return tmp;
	//	}

	//	self& operator--()
	//	{
	//		_node = _node->_next;
	//		return *this;
	//	}

	//	self operator--(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);
	//		_node = _node->_next;

	//		return tmp;
	//	}

	//	bool operator!=(const self& s)
	//	{
	//		return _node != s._node;
	//	}

	//	bool operator==(const self& s)
	//	{
	//		return _node == s._node;
	//	}
	//};

	/*template<class T>
	struct __list_const_iterator
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef __list_const_iterator<T> self;
		node* _node;

		__list_const_iterator(node* n)
			:_node(n)
		{}

		const T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;

			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;
		}
	};*/
	
	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;

		//typedef __list_reverse_iterator<T, T&, T*> reverse_iterator;

		typedef ReverseIterator <iterator, T&, T*> reverse_iterator;
		typedef ReverseIterator <iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;

		//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;

		/*reverse_iterator rbegin()
		{
			return reverse_iterator(_head->_prev);
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return reverse_iterator(_head);
		}*/

		reverse_iterator rbegin()
		{
			return reverse_iterator(end());
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return reverse_iterator(begin());
		}


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

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

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

		const_iterator end() const
		{
			//iterator it(_head);
			//return it;
			return const_iterator(_head);
		}

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

		list()
		{
			/*_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;*/

			empty_init();
		}

		template <class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator last)
		{
			empty_init();

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

		//lt2(lt1) 拷贝构造传统写法
		/*list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (auto e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}*/

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

		//现代写法
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();

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

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

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

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

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

			tail->_next = new_node;
			new_node->_prev = tail;
			new_node->_next = _head;
			_head->_prev = new_node;*/

			insert(end(), x);
		}

		void push_front(const T& x = T())
		{
			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;
	};

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

	void test_list1()
	{
		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;

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

		print_list(lt);
	}

	struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1=0,int a2=0)
			:_a1(a1)
			,_a2(a2)
		{}
	};

	void test_list2()
	{
		list<AA> lt;
		lt.push_back(AA(1, 1));
		lt.push_back(AA(2, 2));
		lt.push_back(AA(3, 3));

		//AA* ptr
		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//cout << (*it)._a1 << (*it)._a2 << endl;
			cout << it->_a1 << it->_a2 << endl;
			//cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a1 << endl;
			++it;
		}
		cout << endl;
	}

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

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

		auto pos = lt.begin();
		++pos;
		lt.insert(pos, 20);

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

		lt.push_back(100);
		lt.push_front(1000);

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

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

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

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

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

		lt.clear();

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

		lt.push_back(10);
		lt.push_back(20);
		lt.push_back(30);
		lt.push_back(40);

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

	void test_list5()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

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

		list<int> lt2(lt);

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

		list<int> lt3;
		lt3.push_back(10);
		lt3.push_back(20);
		lt3.push_back(30);
		lt3.push_back(40);
		lt3.push_back(50);

		for (auto e : lt3)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt = lt3;

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

	void test_list6()
	{
		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;

		list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
		while (rit != lt.rend())
		{
			cout << *rit << " ";
			++rit;
		}
		cout << endl;

	}

}

3.2 iterator.h

#pragma once

namespace zl
{
	//vector::iterator
	//list::iterator
	//deque::iterator

	template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
	struct ReverseIterator
	{
		typedef ReverseIterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;
		Iterator _cur;

		ReverseIterator(Iterator it)
			:_cur(it)
		{}

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

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

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

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

	};
}

3.3 test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>
#include <functional>
#include<algorithm>
#include<string>
using namespace std;
#include "list.h"
#include"Iterator.h"
#include"vector.h"

int main()
{
	//zl::test_list1();
	//zl::test_list2();
	//zl::test_list3();
	//zl::test_list4();
	//zl::test_list5();
	zl::test_list6();

	//zl::test_vector8();


	//std::vector<int>::iterator it;
	//cout << typeid(it).name() << endl;

	return 0;
}