C++ stl容器list的底层模拟实现
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目录
前言：
1.创建节点
2.普通迭代器的封装
3.反向迭代器的封装
为什么要对正向迭代器进行封装？
4.const迭代器
5.构造函数
6.拷贝构造
7.赋值重载
8.insert
9.erase
10.析构
11.头插头删，尾插尾删
12.完整代码+简单测试
总结：
前言：
模拟实现list，本篇的重点就是由于list是一个双向循环链表结构，所以我们对迭代器的实现不能是简单的指针的++，--了，因为我们知道，链表的存储不一定是连续的，所以直接++，--是链接不起来节点的，所以我们要对迭代器也就是对节点的指针进行封装。结尾会附上完整的代码。
1.创建节点
template
struct list_node
{
list_node* _prev;
list_node* _next;
T _data;
list_node(const T& x= T())//这里不给缺省值可能会因为没有默认构造函数而编不过
:_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
,_data(x)
{}
};
注意给缺省值，这样全缺省就会被当做默认构造了，不会因为没有默认构造而报错。
我们实现的list是带哨兵位的，它同时是迭代器的end（）（因为是双向循环的list）。
2.普通迭代器的封装
template
struct _list_iterator
{
typedef list_node node;
typedef _list_iterator self;
node* _node;//对迭代器也就是节点的指针进行封装，因为list迭代器是不能直接++的
_list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
Ref operator*()//返回的必须是引用，不然改变不了外面的对象的成员,要支持对自己解引用改变值就要用应用
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &(_node->_data);//返回地址，再解引用直接访问数据
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);//默认的拷贝构造可以，因为没有深拷贝
_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& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
注意list是双向迭代器，可以++，--，不能+，-
这里对迭代器的实现就如我们开始所说的， 迭代器的实现就是使用节点的指针实现的，而我们不能直接对list创建出的节点进行++，--，所以要进行一层封装；然后再对节点指针初始化。
重载解引用时要注意返回的是引用，不然对自己解引用的时候，返回值如果是临时的，是改变不了内部的data的。
对于箭头的解引用，是为了支持这样的场景：
struct AA
{
int _a1;
int _a2;
AA(int a1=0,int a2=0)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{}
};
void test_list2()
{
list lt;
lt.push_back(AA(1,1));
lt.push_back(AA(2, 2));
lt.push_back(AA(3, 3));
list::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//cout _prev = _head;
}
list()
{
empty_Init();
}
template
list(Iterator first, Iterator end)
{
empty_Init();//别忘加上哨兵位，没有哨兵位识别不了end
while (first != end)
{
push_back(*first);
first++;//这里的++first会调用重载的，因为传过来的是一个迭代器
}
}
哨兵位是空的，不放数据，但是哨兵位是正向迭代器的end，要加上。
默认无参构造就只有哨兵位，提供的迭代器的构造也要有哨兵位。
first++不用担心，first是迭代器类型的，所以会调用迭代器的++。
6.拷贝构造
//传统的拷贝构造
//list(const list& lt)
//{
// empty_Init();
// for (auto e : lt)
// {
// push_back(e);//this->push_back(e)
// }
//}
void swap(list& tmp)//要使用库中的swap，而库中的swap就不带const；况且交换的是头节点，const修饰的就不能修改指向
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
//现代的拷贝构造
list(const list& lt)
{
empty_Init();
list tmp(lt.begin(), lt.end());//为什么还要多一个变量，因为下面swap的参数没有const，而拷贝构造要加const
swap(tmp);//this->swap(tmp)
}
拷贝构造，直接使用库中的swap，交换头节点也就是哨兵位的指向就行，因为链表后面的关系都通过头节点找到，所以也就相当于都交换了。
注意库中swap的参数：
7.赋值重载
list& operator=(list lt)//参数不能使用引用，使用引用再使用swap交换，原来赋值的值就被改了
{
swap(lt);
return *this;
}
一样是使用库中的swap，但是赋值的参数不能是引用，例如L1=L3，用引用再加上使用swap交换头节点的指向，L3就被改了，我们要求的是赋值是不能改变赋过来的对象的，内置类型也是（a=b）。
8.insert
void 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;
}
链接节点即可，注意插入的值可能是任意类型，所以要用模版参数并且带上const与引用，防止是内置类型的值是const，传过来权限放大。
插入pos位置，也就是在pos前和pos位置之间插入。
9.erase
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);
}
注意删除完返回删除数据的下一个迭代器位置。
删除就是找前找后，删除节点，链接前后。
_node是new出来的，注意配套使用。
10.析构
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it= erase(it);//删除后返回的是下一个数据的位置，所以循环就走起来了
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
注意迭代器的erase删除后返回的是删除数据的下一个迭代器位置，所以用it接收就不怕迭代器失效了，同时循环也走起来了。
11.头插头删，尾插尾删
void push_back(const T& x)
{
/*node* tail = _head->_prev;
node* newnode = new node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
newnode->_next = _head;*/
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(),x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
直接复用即可。
12.完整代码+简单测试
封装的反向迭代器：
#pragma once
namespace my_iterator
{
template
struct ReverseIterator
{
typedef ReverseIterator self;
Iterator _cur;
ReverseIterator(Iterator it)
:_cur(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _cur;//因为要--，而解引用是不能改值的，所以用tmp改并返回
--tmp;
return *tmp;
}
Ptr operator->()
{
return &operator*();
}
self operator++()
{
--_cur;//直接的++--就能直接改了，所以可以直接返回原对象
return *this;
}
self operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _cur != s._cur;
}
};
}
#pragma once
#include "my_iterator.h"
#include
#include
#include
using namespace my_iterator;
using namespace std;
namespace my_list
{
template
struct list_node
{
list_node* _prev;
list_node* _next;
T _data;
list_node(const T& x= T())//这里不给缺省值可能会因为没有默认构造函数而编不过
:_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
,_data(x)
{}
};
template
struct _list_iterator
{
typedef list_node node;
typedef _list_iterator self;
node* _node;//对迭代器也就是节点的指针进行封装，因为list迭代器是不能直接++的
_list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
Ref operator*()//返回的必须是引用，不然改变不了外面的对象的成员,要支持对自己解引用改变值就要用应用
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &(_node->_data);//返回地址，再解引用直接访问数据
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);//默认的拷贝构造可以，因为没有深拷贝
_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& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
template
class list
{
typedef list_node node;
public:
typedef _list_iterator iterator;
typedef _list_iterator const_iterator;
typedef ReverseIterator reverse_iterator;
typedef ReverseIterator const_reverse_iterator;
void empty_Init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_Init();
}
template
list(Iterator first, Iterator end)
{
empty_Init();//别忘加上哨兵位，没有哨兵位识别不了end
while (first != end)
{
push_back(*first);
first++;//这里的++first会调用重载的，因为传过来的是一个迭代器
}
}
//传统的拷贝构造
//list(const list& lt)
//{
// empty_Init();
// for (auto e : lt)
// {
// push_back(e);//this->push_back
// }
//}
void swap(list& tmp)//要使用库中的swap，而库中的swap就不带const；况且交换的是头节点，const修饰的就不能修改指向
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
//现代的拷贝构造
list(const list& lt)
{
empty_Init();
list tmp(lt.begin(), lt.end());//为什么还要多一个变量，因为下面swap的参数没有const，而拷贝构造要加const
swap(tmp);//this->swap(tmp)
}
list& operator=(list lt)//参数不能使用引用，使用引用再使用swap交换，原来赋值的值就被改了
{
swap(lt);
return *this;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it= erase(it);//删除后返回的是下一个数据的位置，所以循环就走起来了
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);//哨兵位就是end
}
const_iterator begin() const//本身const迭代器是让迭代器指向的内容不能修改，但是这样用const修饰迭代器本身也不能修改了
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
void push_back(const T& x)
{
/*node* tail = _head->_prev;
node* newnode = new node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
newnode->_next = _head;*/
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(),x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void 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;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);
}
private:
node* _head;
};
void print_list(const list& lt)
{
list::const_iterator it = lt.begin();//不能直接这样写，传递过来的this指针也是const list*,权限放大了,要提供const版本
while (it != lt.end())
{
cout
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