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List ---- 模拟实现LIST功能的发现

article 2025/1/8 18:57:26

目录

  • list
    • list概念
  • list 中的迭代器
    • list迭代器知识
    • const迭代器写法
    • list访问自定义类型
  • 附录代码

list

list概念

  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)

在这里插入图片描述

list 中的迭代器

有兴趣的可以直接跳转附录代码中，里面几乎涵盖了所有的问题答案.
在这里插入图片描述

list迭代器知识

迭代器原理就是对原生指针的封装，帮助我们更好的使用指针来对节点的内容进行访问。

迭代器目前学习的进度来看是分成普通迭代器和const迭代器。在对list的模拟实现过程中发现了许多新的迭代器知识点。

const迭代器写法

由于对迭代器封装后的代码重命名为：typedef __list_iterator<T > iterator;
所以下意识会认为const迭代器应该是这个样子的：//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;
实际上这是有问题的！

因为const迭代器修饰的应该节点内部的数据不可以被修改，而迭代器本身是可以前后移动来遍历链表。 而 const_iterator所表达的意思是T* const，但是我们想要的是const T*。 这两者的区别便是前一个T* const可以修改节点内部数据信息，但因为不可以修改地址所以不能遍历链表，，而后一个const T*不可以修改数据信息，但是可以遍历链表。
要想办法实现const T*！！！！

list中的const迭代器实际上是保证对信息不可修改，所以只需要对读取信息的操作赋予控制是否为const属性的操作，即为T* operator*()确保在某些时刻是const属性。所以可以在模板上对其进行特殊化操作： template<class T, class Ref>

	template<class T, class Ref>
	struct __list_iterator
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef __list_iterator<T, Ref> self;
		node* _node;
		__list_iterator(node* n)
			:_node(n)
		{}

		Ref operator*()//T* operator()
		{
			return _node->_data;
		}
	};
	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> node;
	public:
		typedef __list_iterator<T, T&> iterator;//使用普通迭代器就更改Ref就好了
		typedef __list_iterator<T, const T&> const_iterator;

在需要const迭代器时候，传递const T&，而需要普通迭代器就直接传递T&,这样不仅解决的繁琐的复用问题，还能够满足使用。

list访问自定义类型

迭代器要么是原生指针，要么是自定义类型对原生指针的封装，在模拟指针的行为。

而访问自定义类型不能使用解引用操作，而是使用访问操作符->,所以list库对访问自定义类型也做了对应的设置，即重载operator->

但是因为要访问自定义类型就一棒子大打死，就只能使用operator->来进行访问，内部的函数大可以直接访问，而复用又太过于繁琐了，所以又新增了特殊的模板类，控制是访问自定义类型还是访问内部函数！

	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)
		{}
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}
		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;
	}

	struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1 = 0, int a2 = 0)//全缺省的默认构造
			:_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));
		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			cout << it->_a1 << "," << it->_a2 << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}

因此不仅仅可以访问是否为const属性的信息，还可以控制访问是否为自定义类型的参数

附录代码

#pragma once

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace lby
{
	template<class T>
	struct list_node //节点的类//struct默认为公有，不打算对内容进行限制就用struct
	{
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
		T _data;

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


	//迭代器要么是原生指针，要么是自定义类型对原生指针的封装，在模拟指针的行为

	template<class T, class Ref, class Ptr>//使用普通迭代器就更改Ref就好了
	struct __list_iterator//封装的是迭代器，而迭代器的本质是用一个类去封装这个 node*,即指针指向这个链表的头节点
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
		node* _node;//注意节点的指针不属于迭代器，只是让迭代器封装之后的一系列操作，不支持释放，释放是链表的事情，迭代器只能使用节点，不能释放节点

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

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

		Ptr 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& x)//传递的是迭代器中的x
		{
			return _node != x._node;
		}
		bool operator==(const self& x)
		{
			return _node == x._node;
		}
	};

	/*template<class T>
	struct __list_const_iterator//封装的是迭代器，而迭代器的本质是用一个类去封装这个 node*,即指针指向这个链表的头节点
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef __list_const_iterator<T> self;
		node* _node;//注意节点的指针不属于迭代器，只是让迭代器封装之后的一系列操作，不支持释放，释放是链表的事情，迭代器只能使用节点，不能释放节点

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

		const T& operator*()//控制整个返回值不可修改
		{
			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& x)//传递的是迭代器中的x
		{
			return _node != x._node;
		}
		bool operator==(const self& x)
		{
			return _node == x._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_const_iterator<T>  const_iterator;

		//typedef const iterator const_itrator;//绝对不可以，这种方式const修饰的是地址 --> T* const，而不是const T*；


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

		//iterator begin() const//这里有个问题，既然是const指针，那就应该是常量，但是为什么你还能改变指向的位置？
		//{
		//	return iterator(_head->_next);//因为const指针修饰的是*this，即this指针指向的内容，它指向的内容是_head这个的指针，
		//								  //即为修饰的是_head这个指针本身！也就是说_head本身不能被改变，它指向的内容是可以改变的
		//								  //但是与我们的预期不符，因为const迭代器他是只读操作，不允许改变内容，如果他内容是可以改变的，我为什么要使用const迭代器呢
		const迭代器与普通迭代器区别是：const迭代器本身是可以修改的(可以前后移动去访问)，但是const迭代器指向的内容是不可以修改的--> 要const T*，不要T* const ！
		//}
		//iterator end() const
		//{
		//	return iterator(_head); 
		//}

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

		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();//先构造头节点

			while (first != last)
			{
				push_back(*first);//push_back 的前提是有哨兵位的头节点，所以需要先构造头节点
				++first;
			}
		}

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

		list(const list<T>& lt)//lt2(lt1)
		{
			/*empty_init();//正常写法
			for (auto e : lt)
			{
				push_back(e);
			}*/
			empty_init();
			list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());//借助模板类进行复制后交换
			swap(tmp);
		}

		//lt1 = lt3	
		list<T>& operator=(list<T> lt)//(list<T>& lt)不能引用传引用，因为会将原来的lt进行修改
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
				//erase(it++);//这个地方析构的值是返回的迭代器对象，是it的拷贝，不是it
			}
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			//node* tail = _head->_prev;
			//node* new_node = new node(x);//需要node(list_node<T>)的构造函数

			//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)
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void insert(iterator pos, const T& x)//链表的迭代器插入数据不会失效，因为pos指针指向的位置是不变的
		{
			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;
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

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

		iterator erase(iterator pos)//由于pos指针位置被析构了，所以迭代器失效了
		{
			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;//const不可修改
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}


	void test_list1()
	{
		const list<int> l;//const对象在定义时，最开始不会赋给常值，因为要初始化，否则没办法进行初始化，之后才会赋给const属性
						 //const对象在定义的一瞬间不会给const属性

		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 p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		print_list(lt);
	}

	struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1 = 0, int a2 = 0)//全缺省的默认构造
			:_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));

		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << " ";
			cout << it->_a1 << "," << it->_a2 << " ";//由于函数重载了 -> ，所以本来应该是it->->_a1,编译器优化了设置，变成了it->_a1;
													 //it.operator->()->_a1,it.operator->()返回的是T*，T*->_a1就可以访问
			++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 p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		auto pos = lt.begin();
		++pos;
		lt.insert(pos, 100);

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

		lt.push_front(200);
		lt.push_front(300);
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.push_back(400);
		lt.push_back(500);
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.pop_back();
		lt.pop_front();
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		lt.pop_back();
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		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 p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.clear();
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;
		lt.push_back(10);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(30);
		lt.push_back(1);
		for (auto p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		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 p : lt)
		{
			cout << p << " ";
		}
		cout << endl;

		list<int> lt2(lt);
		for (auto e : lt2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

http://www.kler.cn/a/471917.html

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