C++入门篇(13)之list的实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++入门篇(13)之list的实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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前言
上一节我们简单叙述了一下list的概念,知道其底层是一个带头结点的双向循环链表,并且介绍了其使用方法,**但是!**知其然未必知其所以然,我们不但应该知其怎么使用,还应该尝试怎么简单实现.
因此,此篇文章,博主将要从list的各个方向进行底层简单实现.内容包括: 两种构造函数,数据头尾删插,迭代器的实现等;
list的结构搭建
template <class T> // 结点创建
struct __list_node
__list_node* _next;
__list_node* _prev;
T _val;
__list_node(const T& val = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_val(val)
;
template <class T> // list 结构搭建
class list
public:
typedef __list_node<T> node; //记得要有<T>
private:
node* _head;
;
两种构造函数
博主这里说的两种构建函数分别是 默认构建函数 和 迭代器区间构建函数.
① 默认构建函数
博主在前面章节讲解c++类和对象时候,想必大家已经知道默认构建怎么回事了,博主这里就不再赘述了.便直接开始实现吧.
list()
_head = new node; // 给头结点开辟一块空间.
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
② 迭代器区间构建函数
在前面的string和vector章节,博主已经给大家演示了其使用,但是怎么实现呢?
template <class InputIterator, class OutputIterator>
list(InputIterator input,OutputIterator output)
//注意哦~,不可以写list(),误认为这是函数调用了哦 因为list本身就是个类,这样写是一个匿名对象
_head = new node; // 给头结点开辟一块空间.
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while(input != output)
push_back(*input); //这个函数是用来实现尾插数据的,博主在下面进行讲解
input++;
拷贝构造函数
对于拷贝构造,我们便可以直接复用push_back();
list(const list<T>& lt)
_head = new Node; // 必须先开个头结点空间哦~~,因为这是拷贝构造,不是赋值
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (const auto& e : lt)
push_back(e); //这个函数后面会实现
赋值重载
list<T>& operator=(const list<T> lt) // 注意哦,这里的参数故意没有使用 引用.这样lt就是通过拷贝构造获取了值
swap(_head, lt._head); //然后交换两个链表的头结点
return *this;
数据的头尾删插
对于头尾删插来说,主要有四个,分别是
push_back(),pop_back(),push_front(),pop_front(),现在博主便大致的实现一下
① 尾插push_back()
在学习双链表章节,还记得数据是怎样连接的吗?
- 给数据新建一个结点
- 保存尾结点
- 尾结点和新建节点连接
- 新建节点和头结点连接
void push_back(const T& val)
node* tmp = new node(val); //给新数据新建结点
node* tail = _head->_prev; //保存尾结点
tail->_next = tmp;
tmp->_prev = tail; //尾结点和新结点连接
_head->_prev = tmp;
tmp->_next = _head; //头结点和新数据连接
测试结果:
② 尾删pop_back()
同理,还记得尾结点的删除的步骤吗?
- 保存尾结点的前一个结点
- 释放尾结点
- 头结点和保存的结点连接
void pop_back()
assert(_head != _head->_next); //如果数据为空,不可删除
node* oldtail = _head->_prev; //提取旧尾巴结点
node* newtail = oldtail->_prev; //保存旧尾巴结点的前一个结点
delete oldtail;
oldtail = nullptr;
_head->_prev = newtail;
newtail->_next = _head;
测试:
③ 头插push_front()
是否又还记得头插的步骤呢?
- 给新数据新建一个结点
- 保存头结点下一个结点
- 头结点和新数据结点连接
- 新结点和保存结点连接
void push_front(const T& val)
node* tmp = new node(val); //给新数据新建一个结点
node* next = _head->_next; //保存头结点下一个结点
_head->_next = tmp;
tmp->_prev = _head; //头结点和新数据结点连接
tmp->_next = next;
next->_prev = tmp; //新结点和保存结点连接
测试结果:
④ 头删pop_front()
是否又还记得头删的步骤呢?
- 保存头结点下两个结点
- 释放头结点下一个结点
- 头结点和保存结点连接
void pop_front()
assert(_head != _head->_next); //如果数据为空,不可删除
node* dnext = _head->_next->_next;
delete _head->_next;
_head->_next = dnext;
dnext->_prev = _head;
测试结果:
迭代器的实现
不同于前面两节所讲,博主此前一直强调目前阶段可以把迭代器当做指针使用,那是因为指针天然支持*,+,-,++,--,<,>等操作,而迭代器也是这样使用的,和指针达到的效果相同.但是今天博主就会强调了,这里便不可以将迭代器当做指针了,因为我们要实现的是list的迭代器,而list是一个带头的双向循环链表,如果我们对结点指针进行加减,这是毫无意义的,因为达不到使用*访问元素的效果.
那么既然不能再把成迭代器当成指针,又如何实现呢? 答案是对结点指针进行封装,然后重载操作符.
现在我们看看迭代需要实现哪些操作:
- ++ 代表走向数据的下一个位置,博主这里只实现前置++
- - - 代表走向数据的上一个位置,博主这里只实现前置- -
*(解引用)代表获取该迭代器位置的元素- != 判断两个迭代器的位置是否不一样
- == 判断两个迭代器的位置是否一样
现在既然知道了需求,就可以开始实现了
template<class T>
struct __list_iterator
typedef __list_iterator<T> iterator; //迭代器
typedef __list_node<T> node; //链表结点,上面已经定义过
node* _node;
__list_iterator(node* pnode):_node(pnode)
T& operator*() //迭代器使用*的意思是 获取结点值,所以就直接解引用_node,然后返回
return _node->_val;
iterator& operator++() //++的意思就是迭代器向后移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_next;
return *this;
iterator& operator--() //--的意思就是迭代器向前移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_prev;
return *this;
bool operator!=(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node != target._node;
bool operator==(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node == target._node;
;
到此,好像差不多都实现了功能,但真的是这样吗?仔细一看,我们还忽略了常迭代器(代表结点值不可以修改),那怎么办呢?按照之前实现string和vector第一想到的思路可能就是再重新定义一个迭代器,那这个思路是否有错呢?答案是无错,但还有一个更加简单的方法,那就是给__list_iterator多加一个参数,如下定义:
template <class T,class Ref>
class __list_iterator
;
因此我们在list中实现其他接口时候,应该首先把迭代器命名:
typedef __list_iterator<T,T&> iterator; //普通迭代器
typedef __list_iterator<T,const T&> const_iterator; //常迭代器
既然修改好了参数问题,那第二个参数应用在哪里呢? 答曰: operator*,因为常迭代器影响的只是可否修改数据值;修改后如下:
Ref operator*() //如果是普通迭代器,Ref就是T&,如果是常迭代器,Ref就是const T&.
return _node->_val;
因此,到此为止后,是不是仍然觉得我们也完成了简单实现?但是事实是,我们还是忽略了一个细节:如果说我们存储的是一个结构体,即T是结构体,假设结构体定义如下:
struct Date
int _year;
int _month;
;
然后我们像下面一样存储结构体:
Date date[10];
list<Date> li(date,date+10);
再然后,我们用迭代器如何获取结构体的元素呢?
list<Date>::iterator it_b = li.begin();
list<Date>::iterator it_e = li.end();
while(it_b != it_e)
cout<<(*it_b)._year; //是不是要用三个操作符?分别是* () .
也就是通过上面,我们需要 用* () .三个操作符进行.
那我们能不能直接用->呢?那我们要使用->,就需要**把迭代器看成一个结构体的指针(看下面->重载的返回值)**了,那么我们就需要再设置一个参数了.
template <class T,class Ref,class Ptr>
class __list_iterator
;
其中Ptr就是T的指针.
那么我们在list的内部就可以这样定义迭代器名字了
typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator; //普通迭代器
typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator; //常迭代器
现在迭代器重载->操作符.
Ptr operator->()
return &(_node->_val); //这里一定是返回地址val的地址
//因为val此时是结构体,(->)只有结构体才用得到
假设有一个list迭代器it,我们想要访问Date结构体的_year值,应该怎样写呢?答案是:先写it->获取结构体指针,再写->_year获取内部值,也就是it->->_year但是这样写并不符合我们的书写习惯,因此编译器就帮助我们进行了优化,而只需要写成it->year.
到此,一个完整的list迭代器完成!!!
template <class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
typedef __list_iterator<T> iterator; //迭代器
typedef __list_node<T> node; //链表结点,上面已经定义过
node* _node;
__list_iterator(node* pnode):_node(pnode)
Ref operator*() //迭代器使用*的意思是 获取结点值,所以就直接解引用_node,然后返回
return _node->_val;
Ptr operator->()
return &(_node->_val);
iterator& operator++() //++的意思就是迭代器向后移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_next;
return *this;
iterator& operator--() //--的意思就是迭代器向前移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_prev;
return *this;
bool operator!=(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node != target._node;
bool operator==(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node == target._node;
;
迭代器接口
我们主要常用的就是四个(两个普通和两个常迭代)
iterator begin() return iterator(_head->_next);
iterator end() return iterator(_head);
const_iterator begin() const return iterator(_head->_next);
const_iterator end() const return iterator(_head);
clear()清理
注意这个清理哦,只会清楚头结点以后的数据,并不会连头结点也一起释放了.
void clear()
iterator it = begin();
while (it != end())
it = erase(it);
析构函数
~list()
clear(); //一定要先释放头结点后面的数据
delete _head;
_head = nullptr;
erase和insert的实现and简化头尾数据删除
erase的实现,参数为迭代器
iterator erase(iterator pos)
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
insert的实现,参数为迭代器加数据
iterator 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;
return iterator(newnode);
那么我们的数据头尾删插是否可以简化呢?
void push_back(const T& x) insert(end(), x);
void push_front(const T& x) insert(begin(), x);
void pop_back() erase(--end());
void pop_front() erase(begin());
最终list代码
template <class T> // 结点创建
struct __list_node
__list_node* _next;
__list_node* _prev;
T _val;
__list_node(const T& val = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_val(val)
;
template <class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
typedef __list_iterator<T> iterator; //迭代器
typedef __list_node<T> node; //链表结点,上面已经定义过
node* _node;
__list_iterator(node* pnode):_node(pnode)
Ref operator*() //迭代器使用*的意思是 获取结点值,所以就直接解引用_node,然后返回
return _node->_val;
Ptr operator->()
return &(_node->_val);
iterator& operator++() //++的意思就是迭代器向后移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_next;
return *this;
iterator& operator--() //--的意思就是迭代器向前移动一个位置,但是移动后还是迭代器,所以返回值仍然是iterator
_node = _node->_prev;
return *this;
bool operator!=(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node != target._node;
bool operator==(const iterator & target) const //判断迭代器是否相等,就是判断位置是否相等,即判断_node
return _node == target._node;
;
template <class T> // list 结构搭建
class list
typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator; //普通迭代器
typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator; //常迭代器
public:
list()
_head = new node; // 给头结点开辟一块空间.
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
template <class InputIterator, class OutputIterator>
list(InputIterator input,OutputIterator output)
//注意哦~,不可以写list(),误认为这是函数调用了哦 因为list本身就是个类,这样写是一个匿名对象
_head = new node; // 给头结点开辟一块空间.
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while(input != output)
push_back(*input); //这个函数是用来实现尾插数据的,博主在下面进行讲解
input+以上是关于C++入门篇(13)之list的实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章