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1.链表节点的构建
2.迭代器的初步实现
3.成员变量以及默认构造
4.普通迭代器接口
5.插入接口
6.删除与find接口
7.const迭代器实现与接口
8.范围拷贝与拷贝构造
9.如果实例化参数是自定义类型
10.析构函数
11.完整代码
1.链表节点的构建
链表的节点有指针与和数据域，所以无法用任何一个内置类型来表示它，我们需要自定义好节点的类型。list容器使用的是带头双向循环链表。
templatestruct list_node //节点类型
{
list_node* _next;
list_node* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_val(val)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
2.迭代器的初步实现
链表的节点所占用的内存空间是不连续的，所以不能使用原生指针来代替迭代器。我们需要自定义迭代器的行为(例如++是从前一个节点移动到后一个节点)。
templatestruct list_iterator
{
typedef list_nodenode;
node* pnode;
list_iterator(node* p)
:pnode(p)
{}
list_iterator& operator++()
{
pnode = pnode->_next;
return *this;
}
bool operator!=(list_iterator& lt)
{
return pnode != lt.pnode;
}
};
3.成员变量以及默认构造
定义空容器时，容器是存在头节点(哨兵卫)的。
templateclass list
{
public:
typedef list_nodenode;
typedef list_iteratoriterator;
void empty_init()
{
_head = new node(T()); //哨兵卫
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init(); //复用
}
private:
node* _head;
size_t size; //记录有节点个数(除哨兵卫)
};
4.普通迭代器接口
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head); //尾后迭代器
}
5.插入接口
插入有头插、尾插、随机插。我们重点实现随机插，头插和尾插复用随机插。
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val); //在哨兵卫头插就是尾插
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
node* newnode = new node(val);
node* prev = pos.pnode->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos.pnode;
pos.pnode->_prev = newnode;
++_size;
return iterator(newnode); //返回插入节点的位置(防止迭代器失效)
}
6.删除与find接口
删除有头删、尾删、随机删。我们重点实现随机删，头删和尾删复用随机删。
void pop_back()
{
erase(end().pnode->_prev);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(end() != pos); //不能删除哨兵卫
node* prev = pos.pnode->_prev;
node* next = pos.pnode->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos.pnode;
--_size;
return iterator(next); //返回删除节点的下一个节点位置(防止迭代器失效)
}
iterator find(iterator first, iterator last, const T& val)
{
assert(first != last);
while (first != last)
{
if (*first == val) return first;
++first;
}
return end();
}
7.const迭代器实现与接口
不能使用const成员函数重载，因为我们要的效果是底层const而非顶层const(即指向的内容不可变，迭代器本身可变)。所以我们有两套方案，一是再构建一个迭代器类模板；二是在原来的迭代器模板基础上添加一个模板参数。再构建一个迭代器的方案与原模板的唯一区别就是返回值不同。所以否决第一套设计方案。
现在先统一一下迭代器接口：
typedef list_iteratoriterator;
typedef list_iteratorconst_iterator;
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
迭代器设计：
template//多使用一个模板参数
struct list_iterator
{
typedef list_nodenode;
typedef list_iteratorself; //为了方便
node* pnode;
list_iterator(node* p)
:pnode(p)
{}
ref operator*()
{
return pnode->_val;
}
self& operator++()
{
pnode = pnode->_next;
return *this;
}
bool operator!=(self& lt)
{
return pnode != lt.pnode;
}
};
8.范围拷贝与拷贝构造
我们实现更加全面的构造接口。
templatelist(InputIterator first, InputIterator last) //范围拷贝
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(list& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list(const list& lt) //拷贝构造现代写法
{
empty_init();
listtmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
list& operator=(listlt) //赋值运算符重载现代写法
{
swap(lt);
return *this;
}
9.如果实例化参数是自定义类型
如果链表的节点是一个自定义类型，那么使用 * 将无法读取自定义类型的数据。所以我们需要完善访问自定义类型成员的功能，即 ->运算符重载。此重载函数的返回值是实例化参数类型的指针，这个指针也有const与非const之分，并且调用此重载的对象可能是const或非const对象，也就是说迭代器可能是const迭代器与非const迭代器。那么我们依然为迭代器模板添加一个参数，并且完善迭代器的功能。
别忘了对迭代器的重命名需要更新一下：
typedef list_iteratoriterator;
typedef list_iteratorconst_iterator;
template//多使用一个模板参数
struct list_iterator
{
typedef list_nodenode;
typedef list_iteratorself;
node* pnode;
list_iterator(node* p)
:pnode(p)
{}
ref operator*()
{
return pnode->_val;
}
ptr operator->()
{
return &pnode->_val;
}
self& operator++()
{
pnode = pnode->_next;
return *this;
}
self operator++(int) //后置++
{
node* tmp(pnode);
pnode = pnode->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
pnode = pnode->_prev;
return *this;
}
self operator--(int) //后置--
{
node* tmp(pnode);
pnode = pnode->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& lt)
{
return pnode != lt.pnode;
}
bool operator==(const self& lt)
{
return pnode == lt.pnode;
}
};
10.析构函数
释放分为两个部分，一是不释放哨兵卫，将有效节点释放；而是全部释放。我们实现一个clear接口，让析构复用此接口。
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
11.完整代码
这里只实现了list容器常用的接口，并没有完全依照标准库1：1模拟实现。代码会有很多细节没有处理好，并不是会报错，而是有些地方显得不够严谨。
#include
#include
namespace ly
{
templatestruct list_node //节点类型
{
list_node* _next;
list_node* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_val(val)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
template//多使用一个模板参数
struct list_iterator
{
typedef list_nodenode;
typedef list_iteratorself;
node* pnode;
list_iterator(node* p)
:pnode(p)
{}
ref operator*()
{
return pnode->_val;
}
ptr operator->()
{
return &pnode->_val;
}
self& operator++()
{
pnode = pnode->_next;
return *this;
}
self operator++(int) //后置++
{
node* tmp(pnode);
pnode = pnode->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
pnode = pnode->_prev;
return *this;
}
self operator--(int) //后置--
{
node* tmp(pnode);
pnode = pnode->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& lt)
{
return pnode != lt.pnode;
}
bool operator==(const self& lt)
{
return pnode == lt.pnode;
}
};
templateclass list
{
public:
typedef list_nodenode;
typedef list_iteratoriterator;
typedef list_iteratorconst_iterator;
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head); //尾后迭代器
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new node(T()); //哨兵卫
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init(); //复用
}
templatelist(InputIterator first, InputIterator last) //范围拷贝
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(list& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list(const list& lt) //拷贝构造现代写法
{
empty_init();
listtmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
list& operator=(listlt) //赋值运算符重载现代写法
{
swap(lt);
return *this;
}
void pop_back()
{
erase(end().pnode->_prev);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(end() != pos); //不能删除哨兵卫
node* prev = pos.pnode->_prev;
node* next = pos.pnode->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos.pnode;
--_size;
return iterator(next); //返回删除节点的下一个节点位置(防止迭代器失效)
}
iterator find(iterator first, iterator last, const T& val)
{
assert(first != last);
while (first != last)
{
if (*first == val) return first;
++first;
}
return end();
}
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val); //在哨兵卫头插就是尾插
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
node* newnode = new node(val);
node* prev = pos.pnode->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos.pnode;
pos.pnode->_prev = newnode;
++_size;
return iterator(newnode); //返回插入节点的位置(防止迭代器失效)
}
private:
node* _head;
size_t _size; //记录有节点个数(除哨兵卫)
};
}
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