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【C++】手撕 list类(包含迭代器)

25 人参与  2024年04月15日 18:51  分类 : 《随便一记》  评论

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目录

1,list的介绍及使用

2,list_node

3,list_node()

3,list

4,list()

5,push_back(const T& x)

6,print()

7,_list_iterator

8,operator*()

9,begin()

10,end()

11,operator->()

12,operator++()

13,operator++(int)

14,operator--()

15,operator--(int)

16,operator==(const sefl& s)

17,operator!=(const sefl& s)

18,_list_const_iterator

19,list(iterator first, iterator last)

20,begin()const

21,end()const

22,list(const list& lt)

23,operator=(list lt)

24,insert(iterator pos, const T& x)

25,erase(iterator pos)

26,clear()

27,~list()

28,push_front(const T& x)

29,pop_front()

30,pop_back()

31,源代码

32,总结


1,list的介绍及使用

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)

2,list_node

结点的结构体框架

template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T data;};

因为是双向循环链表,需要一个上指针 _prev,下指针 _next,还有数据 data;

3,list_node()

对结点进行初始化

list_node(const T& x = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), data(x){}

然后还要将其初始化,指针为空,数据为内置类型初始化的值;

3,list

链表结构框架

template <class T>class list{typedef list_node<T> node;public:private:node* _head;};

链表是带头结点的,所以我们需要一个哨兵位头结点;

4,list()

对链表初始化

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

因为我们是双向循环链表,所以我们的下一个结点和上一个结点都是指向自己的,形成一个环;

5,push_back(const T& x)

尾插

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

我们先找到尾结点(tail),申请一个新结点,然后就插入其中;

6,print()

打印数据

void print(){node* cur = _head->_next;while (cur != _head){cout << cur->data << " ";cur = cur->_next;}}

哨兵位头结点本身是没有数据的,所以要从下一个结点开始

void test1(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);lt1.print();}

也是没有任何问题的

7,_list_iterator

迭代器的框架和初始化

template<class T,class ref,class ptr>struct _list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T,ref,ptr> sefl;node* _node;_list_iterator(node* n):_node(n){}    }

有人会好奇,为什么模板里面有三个参数,现在先不急下面会进行分晓的;

指向结点的迭代器嘛,底层类型就是指针;

初始化也是一样,传来什么就是什么;

8,operator*()

迭代器解引用取值

ref operator*(){return _node->data;}

ref 其实就是 T&;

9,begin()

找头结点

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

直接返回构造完后的结果;

10,end()

最后一个结点的下一个位置

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

然后我们就可以试一下迭代器打印了;

void print_list(const list<int>& lt){list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test1(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);print_list(lt1);}

11,operator->()

迭代器箭头指向取值

ptr operator->(){return &_node->data;}

返回的是 data 的地址,ptr 是 T* ;

12,operator++()

迭代器前置++

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

sefl 是  _list_iterator<T,ref,ptr>;

13,operator++(int)

迭代器后置++

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

返回的是之前的值,但其实已经改变了;

14,operator--()

迭代器前置 - -

sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}

15,operator--(int)

迭代器后置 - -

sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}

16,operator==(const sefl& s)

迭代器判断相等

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

判断迭代器是否相等比较 _node 就可以了;

17,operator!=(const sefl& s)

判断是否不相等

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

18,_list_const_iterator

然后这个是 const 迭代器版本的,这里我就不一个一个写了;

template<class T>struct _list_const_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_const_iterator<T> sefl;node* _node;_list_const_iterator(node* n):_node(n){}const T& operator*(){return _node->data;}sefl& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}sefl operator++(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool  operator==(const sefl& s){return _node == s._node;}bool operator!=(const sefl& s){return _node != s._node;}};

其实吧,_list_const_iterator 跟 _list_iterator 就是内部函数参数的返回值不同罢了,我们可以用模板参数来实例化,这样就不用写两个迭代器了;

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;

list 下面这样操作就可以了,普通迭代器模板一个版本,const 迭代器模板内的参数加上const就可以了,等调用的时候编译器会自动匹配的;

19,list(iterator first, iterator last)

迭代器区间构造

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

20,begin()const

const 版本取头结点

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

21,end()const

const 版本取尾结点的下一个位置

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

22,list(const list<T>& lt)

拷贝构造

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);}

先把要拷贝的区间信息构造另一个 list ,然后再与 this 指针的 _head哨兵位头结点进行交换即可;

23,operator=(list<T> lt)

赋值

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

24,insert(iterator pos, const T& x)

插入

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

定义前一个结点,和本身的结点,然后再进行插入即可;

void test3(){wxd::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);auto pos = find(lt1.begin(), lt1.end(), 3);lt1.insert(pos, 9);print_list(lt1);}

25,erase(iterator pos)

擦除

iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* next = pos._node->_next;node* tail = pos._node->_prev;tail->_next = next;next->_prev = tail;delete pos._node;return iterator(next);}

先断言一下,哨兵位结点是不能擦除的;

然后找到前一个结点,后一个结点,在进行互相绑定;

在释放要删除的空间;

26,clear()

清除

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

27,~list()

析构函数

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

先清空结点,然后再是否哨兵位头结点置空即可;

28,push_front(const T& x)

头插

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

直接用 insert 插入更加方便;

29,pop_front()

头删

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

30,pop_back()

尾删

void pop_back(){erase(_head->_prev);}

31,源代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include<iostream>#include<assert.h>using namespace std;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){}};template<class T,class ref,class ptr>struct _list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T,ref,ptr> sefl;node* _node;_list_iterator(node* n):_node(n){}ref operator*(){return _node->data;}ptr operator->(){return &_node->data;}sefl& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}sefl operator++(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}sefl& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}sefl operator--(int){sefl tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool  operator==(const sefl& s){return _node == s._node;}bool operator!=(const sefl& 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;void empty_init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}template<class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}void push_back(const T& x){node* tail = _head->_prev;node* newnode = new node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;}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 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;}void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* newnode = new node(x);prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* next = pos._node->_next;node* tail = pos._node->_prev;tail->_next = next;next->_prev = tail;delete pos._node;return iterator(next);}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it=erase(it);}}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(_head->_prev);}void pop_front(){erase(begin());}void print(){node* cur = _head->_next;while (cur != _head){cout << cur->data << " ";cur = cur->_next;}}private:node* _head;};

32,总结

我们就先搞一个大概的,其中还有很多分支,比如我们写的是擦除某个数据,其实也可以擦除某个范围,这些就靠大家去摸索,查阅文档了;

list 类的实现就到这里了;

加油!


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