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【C++练级之路】【Lv.8】【STL】list类的模拟实现

29 人参与  2024年02月24日 12:11  分类 : 《随便一记》  评论

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个人专栏:《C语言》《数据结构世界》《进击的C++》

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文章目录

引言一、结点二、迭代器2.1 成员变量与默认成员函数2.2 operator*2.3 operator->2.4 operator++2.5 operator- -2.6 relational operators 三、list3.1 成员变量3.2 迭代器3.2.1 begin3.2.2 end 3.3 默认成员函数3.3.1 constructor3.3.2 destructor3.3.3 copy constructor3.3.4 operator= 3.4 修改3.4.1 insert3.4.2 push_front3.4.3 push_back3.4.4 erase3.4.5 pop_front3.4.6 pop_back3.4.7 clear3.4.8 swap 总结

引言

因为list结构的特殊性,所以拆分为结点、迭代器和list本身进行学习。

一、结点

细节:

使用struct,标明公有属性(这样从外部调用比较方便)list是带头双向循环链表提供全缺省的默认构造函数
template<class T>struct __list_node{__list_node<T>* _prev;__list_node<T>* _next;T _data;__list_node(const T& x = T()): _prev(nullptr), _next(nullptr), _data(x){}};

二、迭代器

由于list的每个结点物理空间不连续,导致迭代器不能像之前string、vector那样简单的设计为指针,而是设计为一个类(进行封装),以此完成*、->、++、–等一系列操作。

2.1 成员变量与默认成员函数

细节:

仍然使用struct,标明公有属性成员变量是一个结点的指针提供带参构造函数(其余的默认成员函数不用显式定义,浅拷贝即可)
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){}};

此时的迭代器设计,可以说是list乃至STL的精华,天才般地运用了类的优势。

2.2 operator*

细节:

返回引用,为了区别普通迭代器和const迭代器
Ref operator*(){return _node->_data;}

2.3 operator->

细节:

返回指针,为了区别普通迭代器和const迭代器
Ptr operator->(){return &_node->_data;}

2.4 operator++

细节:

为了区分前置和后置,后置参数加上int(无实际意义,以示区分)前置传引用返回,后置传值返回
self& operator++()//前置++{_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int)//后置++{self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}

2.5 operator- -

细节:同上

self& operator--()//前置--{_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int)//后置--{self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}

2.6 relational operators

bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}

三、list

3.1 成员变量

list类包含了

_head(指向哨兵位)
template<class T>class list{public:typedef __list_node<T> node;private:node* _head;};

3.2 迭代器

typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

3.2.1 begin

细节:

begin()在_head->next使用匿名对象
iterator begin(){return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}

3.2.2 end

细节:

end()在_head使用匿名对象
iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}

3.3 默认成员函数

3.3.1 constructor

空初始化:创建哨兵位

void empty_init(){_head = new node;_head->_prev = _head;_head->_next = _head;}

无参构造

list(){empty_init();}

迭代器区间构造

细节:使用类模板,可以传任意类型的迭代器

template <class InputIterator>list(InputIterator first, InputIterator last){empty_init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}

3.3.2 destructor

~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}

3.3.3 copy constructor

现代写法

细节:

用迭代器区间构造,构造出临时对象再使用list中的swap,交换*this和tmp的值,完成拷贝构造
list(const list<T>& lt){empty_init();list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());swap(tmp);}

3.3.4 operator=

现代写法

细节:

传参变成传值,这样就会拷贝构造出一个临时对象再使用list中的swap,交换*this和tmp的值,完成赋值重载
list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}

3.4 修改

3.4.1 insert

指定位置插入

细节:

在pos之前插入迭代器不会失效
void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = cur->_prev;node* new_node = new node(x);prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;cur->_prev = new_node;new_node->_next = cur;}

3.4.2 push_front

头插

void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}

3.4.3 push_back

尾插

void push_back(const T& x){insert(end(), x);}

3.4.4 erase

指定位置删除

细节:

assert断言,防止删除哨兵位返回删除节点的下一位,防止迭代器失效
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 cur;return iterator(next);}

3.4.5 pop_front

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

3.4.6 pop_back

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

3.4.7 clear

清除所有结点(除哨兵位以外)

void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it++);}}

3.4.8 swap

交换两个list类的值

细节:使用std库中的swap函数,交换各个成员变量的值

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

总结

学习完list类,对于STL中的精华——迭代器设计,有了更深一步的了解。同时,了解多参数模板的用途和方法,极大提高代码复用程度。


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