深圳云购网站制作,免费推广网店,广东省广州市白云区广云路11号,网络营销技术博主首页#xff1a; 有趣的中国人 专栏首页#xff1a; C专栏 本篇文章主要讲解 list模拟实现的相关内容 #xff11;. list简介 列表#xff08;list#xff09;是C标准模板库#xff08;STL#xff09;中的一个容器#xff0c;它是一个双向链表数据结构#xff0c… 博主首页 有趣的中国人 专栏首页 C专栏 本篇文章主要讲解 list模拟实现的相关内容 . list简介 列表list是C标准模板库STL中的一个容器它是一个双向链表数据结构用于存储元素。与vector不同列表中的元素在内存中不是连续存储的而是通过指针相互连接形成链表。这种设计使得列表对于插入和删除操作非常高效但是在查找特定元素时相对较慢因为需要按序遍历整个链表。 . list模拟实现
. list类的相关成员变量 在C的标准库中list的实现方式是带头双向循环链表因此在类中我们需要一个头指针_head。至于每个节点我们也同样需要构造一个类其中成员变量包含_prev _next和数据_val。 templateclass T
struct ListNode
{ListNodeT* _prev;ListNodeT* _next;T _val;ListNode(const T x T()):_prev(nullptr),_next(nullptr),_val(x){}
};
templateclass T
class list
{
public:typedef ListNodeT Node;list(){_head new Node;_head-_prev _head;_head-_next _head;}
private:Node* _head;
};. 尾插
尾插太简单了直接上代码
void push_back(const T x)
{Node* newnode new Node(x);Node* tail _head-_prev;tail-_next newnode;newnode-_prev tail;newnode-_next _head;_head-_prev newnode;
}. 迭代器 在库中我们不管迭代器的底层是如何实现的但是我们都要用相同的方法使用迭代器例如之前讲过的 vectorstring在g中的实现方法就是原生指针来实现例如、、等功能但是这里list由于不是连续存储的所以用原生指针正常的、等功能并不能达到我们的预期因此我们可以把迭代器搞成一个类类型并用运算符重载来改变它的功能。 下面的代码是迭代器正常的使用方法我们需要用运算符重载来实现这些功能 void list_test1()
{listint lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);listint::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;
}2.3.1 迭代器类的成员变量 迭代器类中其实就包含了一个指向结点类型的指针因为我们的目的就是改变原生指针的相关操作来实现迭代器相关的操作。 代码如下 struct ListNodeIterator
{typedef ListNodeT Node;Node* _node;ListNodeIterator(Node* node):_node(node){}
};2.3.2 迭代器类的实现
templateclass T
struct ListNodeIterator
{typedef ListNodeT Node;typedef ListNodeIteratorT Self;Node* _node;ListNodeIterator(Node* node):_node(node){}T operator*(){return _node-_val;}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 it){return _node ! it._node;}
};2.3.3 insert 和 erase insert和erase传的参数就是iterator模拟实现代码如下 void insert(iterator pos, const T x)
{Node* newnode new Node(x);Node* cur pos._node;Node* prev cur-_prev;prev-_next newnode;newnode-_prev prev;newnode-_next cur;cur-_prev newnode;
}
void erase(iterator pos)
{Node* cur pos._node;Node* prev cur-_prev;Node* next cur-_next;prev-_next next;next-_prev prev;delete cur;cur nullptr;
}这里需要注意在erase的时候由于迭代器指向的空间被释放了会导致迭代器失效的问题之前的文章讲过相关的内容因此我们需要更新iterator指向被删除的位置的下一个位置即可代码如下 iterator erase(iterator pos)
{Node* cur pos._node;Node* prev cur-_prev;Node* next cur-_next;prev-_next next;next-_prev prev;delete cur;cur nullptr;return next;
}2.3.4 begin 和 end begin 和 end是在迭代器中的成员函数返回头和尾的迭代器即可 typedef ListNodeIteratorT iterator;
iterator begin()
{return iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下依法也可以// return _head-_next;
}
iterator end()
{return iterator(_head);// return _head;
}2.3.5 insert 和 erase的复用 pushback、pushfront、popback、popfront都可以复用insert和erase代码如下 void push_back(const T x)
{/*Node* newnode new Node(x);Node* tail _head-_prev;tail-_next newnode;newnode-_prev tail;newnode-_next _head;_head-_prev newnode;*/insert(end(), x);
}
void pop_back()
{erase(--end());
}
void push_front(const T x)
{insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{erase(begin());
}测试代码
void list_test1()
{listint lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);listint::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;lt.pop_back();lt.pop_back();it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;lt.push_front(100);lt.push_front(200);lt.push_front(300);it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;lt.pop_front();lt.pop_front();it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;
}2.3.5 operator-的重载
先看一下这段代码
void list_test2()
{struct A{int _a1;int _a2;A(int a1 0, int a2 0):_a1(a1),_a2(a2){}};listA lt;A a(1, 2);lt.push_back(a);lt.push_back(A(3, 4));lt.push_back({ 5,6 });listA::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){ 主要看这里cout (*it)._a1 (*it)._a2 ;cout endl;it;}
}我们注意到当我们访问自定义类型的数据需要这样(*it)._a1进行访问但是迭代器就是为了模仿指针的相关操作例如我们有A*这种类型的指针如何进行访问A中的数据呢 A* aa;
(*aa)._a1;上面的方法很别扭我们正常用指针都是用访问的所以我们如何实现的重载呢
aa-_a1;实现方法如下
T* operator-()
{return _node-_val;
}为什么这样就行了呢我们知道自定义类型存储在了节点的val中这里返回了val的地址如果按照正常的思路进行访问应该按照如下的方式 cout it.operator-()-_a1 it.operator-()-_a2 ; 所以应该有两个箭头第一个箭头代表运算符的重载第二个代表指针解引用访问数据 cout it--_a1 it--_a2 ; 但是编译器进行了简化两个箭头变成了一个箭头 cout it-_a1 it-_a2 ; void list_test2()
{struct A{int _a1;int _a2;A(int a1 0, int a2 0):_a1(a1),_a2(a2){}};/*A* aa;(*aa)._a1;aa-_a1;*/listA lt;A a(1, 2);lt.push_back(a);lt.push_back(A(3, 4));lt.push_back({ 5,6 });listA::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout (*it)._a1 (*it)._a2 ;cout it.operator-()-_a1 it.operator-()-_a2 ;//cout it--_a1 it--_a2 ;cout it-_a1 it-_a2 ;cout endl;it;}
}. const迭代器
我们先看以下这段代码
void Print(const listint lt)
{listint::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){cout *it ;it;}cout endl;
}void list_test3()
{listint lt;lt.push_back(1);lt.push_back(1);lt.push_back(8);lt.push_back(6);lt.push_back(0);Print(lt);
}很明显会报错提示不能从const转换为非const 很多人可能会想着在begin和end后加上const进行修饰但其实也不行这样虽然传入的值是const类型但是返回的值不是const类型就会导致返回的值能被修改但是要求是返回的值是const类型所以这种想法是不行的下面是错误的示范
iterator begin() const
{return iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下写法也可以// return _head-_next;
}
iterator end() const
{return iterator(_head);// return _head;
}
void Print(const listint lt)
{listint::iterator it lt.begin();while (it ! lt.end()){ 这里可以修改*it 10;cout *it ;it;}cout endl;
}void list_test3()
{listint lt;lt.push_back(1);lt.push_back(1);lt.push_back(8);lt.push_back(6);lt.push_back(0);Print(lt);
}那应该如何解决呢在此之前我们需要了解一下这段代码
const iterator begin()
{return iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下写法也可以// return _head-_next;
}
const iterator end()
{return iterator(_head);// return _head;
}当我们在返回值前加上const代表返回的迭代器不能被修改例如不能进行it但是我们是想着迭代器指向的内容不能被修改因此这种方法是不可行的。可以类比一下这段代码
// const修饰的是解引用之后的内容
const int* a
// const修饰的是指针本身
int* const a解决方法其实很简单之前说过既然不满足要求那我们就自己造轮子自己写一个类这个类其实也很简单就把ListNodeIterator这个类中的两个运算符重载函数的返回值改变一下就可以了一个是另一个是
templateclass T
struct ListNodeConstIterator
{typedef ListNodeT Node;typedef ListNodeConstIteratorT Self;Node* _node;ListNodeConstIterator(Node* node):_node(node){}const T operator*(){return _node-_val;}const T* operator-(){return _node-_val;}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 it){return _node ! it._node;}
};在list类中加入这两个函数
const_iterator begin() const
{return const_iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下写法也可以// return _head-_next;
}const_iterator end() const
{return const_iterator(_head);// return _head;
}这时候就不能修改了 . 模板的作用 我们发现在两个迭代器中只用两个函数的返回值不同其他的全部都一样看上去非常冗余那我们可不可以用一种方法来解决这种冗余呢肯定是可以的我们这个时候就可以用到模板 templateclass T, class Ref, class Ptr
struct ListNodeIterator
{typedef ListNodeT Node;typedef ListNodeIteratorT, Ref, Ptr Self;Node* _node;ListNodeIterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node-_val;}Ptr operator-(){return _node-_val;}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 it){return _node ! it._node;}
};
templateclass T
class list
{
public:typedef ListNodeT Node;typedef ListNodeIteratorT, T, T* iterator;typedef ListNodeIteratorT,const T, const T* const_iterator;iterator begin() {return iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下写法也可以// return _head-_next;}iterator end() {return iterator(_head);// return _head;}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head-_next);// 单参数类型的构造函数支持隐式类型转换以下写法也可以// return _head-_next;}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);// return _head;}
};这里虽然只写了一份iterator类但是在编译的时候编译器会根据你的需要生成两份iterator类所以模板很强大。 . 拷贝构造、赋值重载、析构
. 析构函数
析构函数释放掉空间即可记住更新一下迭代器。
void clear()
{iterator it begin();while (it ! end()){it erase(it);}
}~list()
{clear();delete _head;_head nullptr;
}. 拷贝构造
拷贝构造新建一个头节点然后尾插。
void empty_init()
{_head new Node;_head-_prev _head;_head-_next _head;
}list(const listT lt)
{empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}
}. 赋值重载
赋值重载现代写法之前讲过类似的方法
void swap(listT lt)
{std::swap(_head, lt._head);
}listint operator(listT lt)
{swap(lt);return *this;
}
