C++第二十五弹---从零开始模拟STL中的list(下)

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筋斗云
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💗系列专栏: 【C语言详解】 【数据结构详解】【C++详解】

目录

1、函数补充

2、迭代器完善

3、const迭代器

总结


1、函数补充

拷贝构造

思路:

  • 先构造一个头结点,然后将 lt 类中的元素依次尾插到新的结点上。
void empty_init() { 	_head = new Node; 	_head->_next = _head; 	_head->_prev = _head; 	_size = 0; } list(const list<T>& lt) { 	empty_init();//构造一个头结点 	for (auto& x : lt) 	{ 		push_back(x); 	} }

 {}初始化构造

思路:

  • 先构造一个头结点,然后将 il 类中的元素依次尾插到新的结点上。
list(initializer_list<T> il) { 	empty_init(); 	for (auto& x : il) 	{ 		push_back(x); 	} }

赋值操作符重载

void swap(list<T>& lt) { 	std::swap(_head, lt._head); 	std::swap(_size, lt._size); } list<T>& operator=(list<T> lt) { 	swap(lt); 	return *this; }

大小相关函数

size_t size() { 	return _size; } bool empty() { 	return _size == 0; }

clear()

清空list的内容,保留头结点。

//清空数据 void clear() { 	iterator it = begin(); 	while (it != end()) 	{ 		it = erase(it);//更新迭代器 	} }

~list()

析构函数,清空list的内容并释放头结点。

~list() { 	clear();//清空内容函数 	delete _head;//释放头结点 	_head = nullptr;//置空 }

2、迭代器完善

前面我们处理的都是内置类型的情况,如果我们出现自定义类型,如何解决?

自定义类型举例:

struct A { 	int _a1; 	int _a2; 	A(int a1 = 0, int a2 = 0) 		:_a1(a1) 		, _a2(a2) 	{} };

 首先我们先看看几种自定义类型的尾插方式:

void test_list3() { 	list<A> lt; 	A aa1(1, 1);//实例化对象 	A aa2{ 2,2 };//多参数的隐式类型转换,C++11  	lt.push_back(aa1);//有名对象实例化 	lt.push_back(aa2); 	lt.push_back(A(3, 3));//匿名对象 	lt.push_back({ 4,4 });//多参数的隐式类型转换,C++11 }

 对自定义类型进行遍历:

list<A>::iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { 	cout << *it << " ";//自定义类型输出不了 	it++; } cout << endl;

A是自定义类型,不支持留插入,我们解引用得到的_data是A的对象 。在结构体中我们获取到自定义类型的对象可以通过 . 进行访问内部成员,此处我们也可以使用 . 进行访问内部成员。

cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << " ";

但是如果这么使用会有一点别捏,我们在自定义类型中,也可以通过自定义类型的地址来访问成员,即通过 ->访问,此处我们也可以通过 ->进行访问,因此我们需要重载一个operator->()函数 。

迭代器类中重载operator->

T* operator->() {     return &_node->_data;//取数据的地址 }

使用->访问元素

cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << " ";

使用重载函数版

cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << " ";

测试结果:

注意:

这里隐藏了一个箭头一个是重载一个是原生指针的访问操作。

当重载 operator->,不会直接返回成员的值,而是应该返回一个指针,这个指针指向的对象包含我们想要访问的成员。当使用 ->运算符时,C++ 会自动和透明地调用重载的 operator-> 并继续 “链式” 访问成员,而不需要程序员显示地添加多余的箭头。 

3、const迭代器

 我们上一弹写的普通迭代器对于const对象是无法编译成功的,const不能调用非const成员函数(权限放大)。

下面我们则实现一个const迭代器的类。

与普通迭代器类似,我们需要先在list类中重命名一个const迭代器

typedef ListConstIterator<T> const_iterator;//const迭代器类  const_iterator begin() const { 	return const_iterator(_head->_next);//匿名对象 	//return _head->_next;//单参数类型转换 } const_iterator end() const { 	return const_iterator(_head); }

注意:

const迭代器名字不能写成 const iterator,因为const迭代器的本质是迭代器指向的内容不能修改,而不是迭代器本身不能修改,const_iterator这样定义是迭代器不能修改,内容还是可以修改的

实现const_iterator类有两种方式,如下:

方式一(单独实现一个新的类,修改普通迭代器的部分地方):

template<class T> struct ListConstIterator { 	typedef ListConstIterator<T> Self;//对迭代器类重定义  	typedef ListNode<T> Node; 	Node* _node;  	//构造 	ListConstIterator(Node* node) 		:_node(node) 	{}  	const T& operator*()//只能访问,不能修改值 	{ 		return _node->_data; 	} 	const T* operator->() 	{ 		return &_node->_data;//返回指针 	} 	//前置++  	Self& operator++() 	{ 		_node = _node->_next; 		return *this; 	} 	//后置++ 	Self operator++(int) 	{ 		Self tmp(*this); 		_node = _node->_next; 		return *this; 	} 	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; 	} 	bool operator==(const Self& it) 	{ 		return _node == it._node; 	} };

我们可以看到const迭代器与普通迭代器区间只在operator*与operator->的返回的类型上,那么我们是不是可以将两个类封装成一个模板类呢???

//普通迭代器和const迭代器只有两个返回值不同,因此我们使用模板封装 template<class T, class Ref, class Ptr>//reference引用 point指针 struct ListIterator { 	typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;//对迭代器类重定义  	typedef ListNode<T> Node; 	Node* _node;  	//构造 	ListIterator(Node* node) 		:_node(node) 	{}  	//T& operator*()//遍历及修改 	Ref operator*() 	{ 		return _node->_data; 	} 	//T* operator->() 	Ptr operator->() 	{ 		return &_node->_data;//返回指针 	} 	//前置++  	Self& operator++() 	{ 		_node = _node->_next; 		return *this; 	} 	//后置++ 	Self operator++(int) 	{ 		Self tmp(*this); 		_node = _node->_next; 		return tmp;//返回临时变量 	} 	//前置-- 	Self& operator--() 	{ 		_node = _node->_prev; 		return *this; 	} 	//后置-- 	Self operator--(int) 	{ 		Self tmp(*this); 		_node = _node->_prev; 		return tmp;//返回临时变量 	} 	bool operator!=(const Self& it) 	{ 		return _node != it._node; 	} 	bool operator==(const Self& it) 	{ 		return _node == it._node; 	} };

合并之后的三个类模板参数:

  • T链表结点存储_data值的数据类型
  • Ref:通过迭代器访问数据时的返回类型,可以是T&或者const T&。
  • Ptr:通过迭代器访问数据的指针类型,可以是T*或者const T*

链表实例化如下:

typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;//普通迭代器类  typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//const迭代器类

 list实现全部代码

namespace lin { 	//链表基本结构 	template<class T> 	struct ListNode 	{ 		ListNode<T>* _prev; 		ListNode<T>* _next; 		T _data;  		ListNode(const T& val = T())//初始化值构造 			:_prev(nullptr) 			,_next(nullptr) 			,_data(val) 		{}  	}; 	//原版普通迭代器 	//迭代器操作类 方法都要被访问,使用struct 	//template<class T> 	//struct ListIterator 	//{ 	//	typedef ListIterator<T> Self;//对迭代器类重定义  	//	typedef ListNode<T> Node; 	//	Node* _node;  	//	//构造 	//	ListIterator(Node* node) 	//		:_node(node) 	//	{}  	//	T& operator*()//遍历及修改 	//	{ 	//		return _node->_data; 	//	} 	//	T* operator->() 	//	{ 	//		return &_node->_data;//返回指针 	//	} 	//	//前置++  	//	Self& operator++() 	//	{ 	//		_node = _node->_next; 	//		return *this; 	//	} 	//	//后置++ 	//	Self operator++(int) 	//	{ 	//		Self tmp(*this); 	//		_node = _node->_next; 	//		return *this; 	//	} 	//	bool operator!=(const Self& it) 	//	{ 	//		return _node != it._node; 	//	} 	//	bool operator==(const Self& it) 	//	{ 	//		return _node == it._node; 	//	} 	//};  	//原版const迭代器 	//template<class T> 	//struct ListConstIterator 	//{ 	//	typedef ListConstIterator<T> Self;//对迭代器类重定义  	//	typedef ListNode<T> Node; 	//	Node* _node;  	//	//构造 	//	ListConstIterator(Node* node) 	//		:_node(node) 	//	{}  	//	const T& operator*()//只能访问,不能修改值 	//	{ 	//		return _node->_data; 	//	} 	//	const T* operator->() 	//	{ 	//		return &_node->_data;//返回指针 	//	} 	//	//前置++  	//	Self& operator++() 	//	{ 	//		_node = _node->_next; 	//		return *this; 	//	} 	//	//后置++ 	//	Self operator++(int) 	//	{ 	//		Self tmp(*this); 	//		_node = _node->_next; 	//		return *this; 	//	} 	//	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; 	//	} 	//	bool operator==(const Self& it) 	//	{ 	//		return _node == it._node; 	//	} 	//};  	//普通迭代器和const迭代器只有两个返回值不同,因此我们使用模板封装 	template<class T, class Ref, class Ptr>//reference引用 point指针 	struct ListIterator 	{ 		typedef ListIterator<T,Ref,Ptr> Self;//对迭代器类重定义  		typedef ListNode<T> Node; 		Node* _node;  		//构造 		ListIterator(Node* node) 			:_node(node) 		{}  		//T& operator*()//遍历及修改 		Ref operator*() 		{ 			return _node->_data; 		} 		//T* operator->() 		Ptr operator->() 		{ 			return &_node->_data;//返回指针 		} 		//前置++  		Self& operator++() 		{ 			_node = _node->_next; 			return *this; 		} 		//后置++ 		Self operator++(int) 		{ 			Self tmp(*this); 			_node = _node->_next; 			return tmp;//返回临时变量 		} 		//前置-- 		Self& operator--() 		{ 			_node = _node->_prev; 			return *this; 		} 		//后置-- 		Self operator--(int) 		{ 			Self tmp(*this); 			_node = _node->_prev; 			return tmp;//返回临时变量 		} 		bool operator!=(const Self& it) 		{ 			return _node != it._node; 		} 		bool operator==(const Self& it) 		{ 			return _node == it._node; 		} 	};  	 	template<class T> 	class list 	{ 		typedef ListNode<T> Node;//将链表结构重命名  	public: 		//普通版本 		//typedef ListIterator<T> iterator;//需要被访问,放在public内  		//typedef ListConstIterator<T> const_iterator;//const迭代器类  		//类模板 		typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;//需要被访问,放在public内  		typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;//const迭代器类  		//构造哨兵结点 		void empty_init() 		{ 			_head = new Node; 			_head->_next = _head; 			_head->_prev = _head; 		}  		list()//默认构造 		{ 			empty_init();//创建哨兵头结点 		} 		size_t size() 		{ 			return _size; 		} 		void clear()//清空数据,不销毁哨兵头结点 		{ 			iterator it = begin(); 			while (it != end()) 			{ 				it = erase(it); 			} 		} 		~list()//析构函数 		{ 			clear(); 			delete _head; 			_head = nullptr; 		}  		list(const list<T>& lt)//拷贝构造 		{ 			empty_init();//创建头结点,然后进行尾插 			for (auto& x : lt) 			{ 				push_back(x); 			} 		} 		void swap(list<T>& lt) 		{ 			std::swap(_head, lt._head); 			std::swap(_size, lt._size); 		} 		list<T>& operator=(list<T> lt) 		{ 			swap(lt); 			return *this; 		}  		iterator begin()  		{ 			return iterator(_head->_next);//匿名对象 			//return _head->_next;//单参数类型转换 		} 		iterator end()  		{ 			return iterator(_head); 		} 		//解决打印修改值问题 		const_iterator begin() const 		{ 			return const_iterator(_head->_next);//匿名对象 			//return _head->_next;//单参数类型转换 		} 		const_iterator end() const 		{ 			return const_iterator(_head); 		}  		//单独实现的尾插 		//void push_back(const T& val) 		//{ 		//	//tail  		//	Node* newnode = new Node(val); 		//	Node* tail = _head->_prev;  		//	tail->_next = newnode; 		//	newnode->_prev = tail; 		//	newnode->_next = _head; 		//	_head->_prev = newnode; 		//} 		 		void insert(iterator pos, const T& val)//在pos位置前插入val 		{ 			Node* cur = pos._node; 			Node* newnode = new Node(val); 			Node* prev = cur->_prev;  			//prev newnode cur 			newnode->_next = cur; 			cur->_prev = newnode; 			prev->_next = newnode; 			newnode->_prev = prev;  			_size++; 		} 		iterator erase(iterator pos)//删除pos位置,防止迭代器失效,返回迭代器后一个位置 		{ 			Node* cur = pos._node; 			Node* prev = cur->_prev; 			Node* next = cur->_next;  			//prev next 			prev->_next = next; 			next->_prev = prev; 			delete cur; 			_size--; 			return iterator(next); 		} 		//调用insert函数 		void push_back(const T& val) 		{ 			//insert(--begin(),val);//不能使用+n,在--begin前面插入 			insert(end(), val);//end()前面 		} 		void push_front(const T& val) 		{ 			insert(begin(), val);//begin()前面插入 		} 		void pop_back() 		{ 			erase(--end());//end()前面删除 		} 		void pop_front() 		{ 			erase(begin());//begin()位置删除 		} 	private: 		Node* _head;//链表成员变量 		size_t _size;//链表大小 	}; }

总结


本篇博客就结束啦,谢谢大家的观看,如果公主少年们有好的建议可以留言喔,谢谢大家啦!

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