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目录
- 一、list底层框架
- (1) 节点类
- (2) 迭代器类
- (3) list类
- 二、构造函数
- (1) 无参构造
- (2) n个value构造
- (3) 迭代器区间构造
- (4) 拷贝构造
- 三、迭代器
- 迭代器的实现
- ① 构造
- ② `*`和`->`
- ③ 前置++与后置++
- ④ 前置--与后置--
- ⑤ 比较运算符
- list类中的迭代器
- front和back
- 四、Modifiers:
- (1) insert()
- (2) erase()
- (3) push_back() 和 push_front()
- (4) pop_back() 和 pop_front()
- (5) clear()
- (6) swap()
- 结语
本篇通过模拟实现list
的构造函数,迭代器,和部分成员函数以帮助大家更加深层的理解list
的原理,希望看完这篇文章使得友友们对list
有了更加深层的理解.
一、list底层框架
list
的底层是一个带头双向循环链表.
(1) 节点类
因为list
中节点可能存储各种类型的值,所以这里使用了一个模板参数T
.
list <int>
list<doubel>
…
// List的节点类template<class T>struct list_node{list_node(const T& val = T()):_val(val){}//这里的 T() 表示使用类型 T 的默认构造函数创建一个对象,//它将调用 T 类型的默认构造函数来初始化 val。如果类型 T 没有提供默认构造函数,那么代码将无法编译通过。list_node<T>* _prev=nullptr; //指向前驱结点list_node<T>* _next=nullptr; //指向后继结点T _val; //存储数据};
(2) 迭代器类
很多小伙伴会疑问,为什么一个迭代器类却使用了三个模板参数,是不是有些多余呢?
其实不然,牛牛依次为大家解释.
-
class T
: 是结点类的存储不同数据所需要使用的模板参数.该模板参数表示要处理的元素的类型。它可以是任意类型,例如整数、浮点数、自定义类等等。在模板实例化时,需要提供一个具体的类型。 -
Ref
: 该模板参数表示指向元素类型T
的引用。它定义了对元素的引用类型,在实例化模板时,将使用指定的引用类型来操作元素。 -
Ptr
: 该模板参数表示指向元素类型T
的指针。它定义了指向元素的指针类型,在实例化模板时,将使用指定的指针类型来操作元素。
template<class T, class Ref, class Ptr>
意味着
list_iterator<T, const T&, const T*>;
list
的迭代器用来遍历链表中的元素,外部通过迭代器的++
和--
进行链表的元素访问,这是一种封装,隐藏内部list
的实现细节,外部只能通过迭代器的方式访问.
//迭代器类template<class T, class Ref, class Ptr>struct list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;//self表示自己list_iterator(Node* node); //构造list_iterator(const self& list); //拷贝构造Ref operator*();Ptr operator->();//前置++self& operator++(); //后置++self operator++(int);//前置--self& operator--();//后置--self& operator--(int);bool operator!=(const self& list) const; bool operator==(const self& list);//成员变量Node* _node;};
(3) list类
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;list()//(无参构造)//n个value构造list(int n, const T& value = T());//迭代器区间构造template <class Iterator>list(Iterator first, Iterator last); //拷贝构造list(const list<T>& list);//各种成员函数/...//析构函数~list();iterator begin(); iterator end();//常属性迭代器const_iterator begin()const;const_iterator end()const; private:Node* _head;size_t _size;};
二、构造函数
对于带头双向循环链表,它的初始化操作是必须的,因为必须创建一个头指针.
对于list
的构造函数,它是很多种方式的,例如:无参构造,n
个val
构造,迭代器区间构造等.
对于每个构造,必须前进行最初的初始化操作,为了避免代码冗余,我们将这个部分单独写成一个初始化操作的函数.
如下:
void Init_List(){_head = new Node; //创建头指针_head->_prev = _head;_head->_next = _head;_size = 0;}
(1) 无参构造
调用Init_List();
初始化函数即可.
list()//初始化很重要(无参构造){Init_List();}
(2) n个value构造
- 进行初始化操作.
- 尾插
n
个value
.
//n个value构造list(int n, const T& value = T()){Init_List();while (n--){push_back(value);}}
(3) 迭代器区间构造
- 进行初始化操作.
- 利用迭代器的特性,一次将区间中的数据尾插入链表.
//迭代器区间构造template <class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){Init_List();while (first != last){push_back(*first);++first;}}
(4) 拷贝构造
链表在物理空间上是不连续的,所以,对于参数是另一个链表的拷贝构造,只能遍历链表进行依次插入数据.
//拷贝构造list(const list<T>& list){Init_List();auto it = list.begin();while (_size!=list._size){push_back(*it);it++;}}
三、迭代器
迭代器的实现
① 构造
迭代器本质就是一个 Node* _node;
结点类的指针.
对于迭代器的构造函数,只需要将结点的地址传过来即可.
list_iterator(Node* node) //默认构造:_node(node) {}
list_iterator(const self& list) //拷贝构造:_node(list._node){}
② *
和->
(1) *
*
运算符重载,表示对迭代器进行解引用.
使用场景:
list<int>::iterator it = L1.begin();
int start=*it;
很明显,*
运算符是需要获取结点所存储的数据.为了减少拷贝以及对数据进行修改,这里采用传引用(Ref
)返回.
Ref operator*() {return _node->_val;//获取该结点的数据}
(2) ->
上面链表中的数据是简单的类型int
Ptr operator->() {return &_node->_val;// 等价于 return &(_node->_val);}
③ 前置++与后置++
对于链表,迭代器++表示向后访问下一个(后继)结点.学过链表的友友们应该知道.
也就是 _node = _node->_next
;
前置++,返回++后的结点的迭代器
后置++,返回++前的结点的迭代器
//前置++self& operator++() {_node = _node->_next;return *this;}//后置++self operator++(int) {Node* tmp=_node; //保存++之前的值_node = _node->_next;return tmp; //返回++之前的值}
④ 前置–与后置–
同理,返回当前结点迭代器的前驱结点.
也就是:_node = _node->_prev;
前置–,返回–后的结点的迭代器
后置–,返回–前的结点的迭代器
//前置--self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}//后置--self& operator--(int){Node* tmp = _node; //保存 -- 之前的值_node = _node->_prev;return tmp; //返回 -- 之前的值}
⑤ 比较运算符
比较迭代器是否相等,实际就是比较迭代器所指向的结点是否相等.
bool operator!=(const self& list) const{return _node != list._node;}bool operator==(const self& list){return _node == list._node;}
list类中的迭代器
iterator begin()
: 返回第一个有效元素位置的迭代器
iterator end()
: 返回最后一个有效元素位置的迭代器
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){return _head->_next;//也可以强转一下//return iterator(_head->_next);}iterator end(){return _head;//也可以强转一下// return iterator(_head);}//常属性迭代器const_iterator begin()const{return _head->_next;}const_iterator end()const{return _head;}
front和back
T& front(){return _head->_next->_val;//返回值}const T& front()const{return _head->_next->_val;}T& back(){return _head->_prev->_val;}const T& back()const{return _head->_prev->_val;}
四、Modifiers:
其实带头双向循环链表的增删改查较于单链表,更加简单,我们画图分析还是很容易实现的.
(1) insert()
(图片为博主原创,不得随意截图使用)
特殊情况:这是尾插:
(图片为博主原创,不得随意截图使用)
代码示例
// 在pos位置前插入值为val的节点iterator insert(iterator pos, const T& val){//pos.node 而不是pos->nodeNode* newnode = new Node(val);Node* _prev_node = pos._node->_prev; //pos位置结点的 原前置 结点Node* _cur_node = pos._node; //pos位置的结点_prev_node->_next = newnode;newnode->_prev = _prev_node;_cur_node->_prev = newnode;newnode->_next = _cur_node;++_size;//有效数据的个数+1.return newnode;}
(2) erase()
// 删除pos位置的节点,返回该节点的下一个位置iterator erase(iterator pos){Node* _prev_node = pos._node->_prev; //pos位置结点的 原前置(prev) 结点Node* _next_node = pos._node->_next; //pos位置结点的 原后置(next) 结点_next_node->_prev = _prev_node;_prev_node->_next = _next_node;delete pos._node;--_size;return _next_node;}
(3) push_back() 和 push_front()
//尾插//void push_back(const T& val)//{// Node* newnode = new Node(val);// Node* _tail_node = _head->_prev; // 原尾结点// _tail_node->_next = newnode;// newnode->_prev = _tail_node;// _head->_prev = newnode;// newnode->_next = _head;// // ++_size;//有效数据的个数+1.//}//复用insert更加方便void push_back(const T& val){insert(end(),val);//在头结点前面插入,即为尾插}//头插void push_front(const T& val) { insert(begin(), val);}
(4) pop_back() 和 pop_front()
复用即可,不过多介绍了.
//尾删void pop_back() { erase(--end()); }//头删void pop_front() { erase(begin()); }
(5) clear()
clear
:清除list
中的有效数据
遍历链表进行依次删除结点,并将size置为0.
void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}_size = 0;}
(6) swap()
交换两个链表的成员变量即可.
void swap(list<T>& list){swap(_head, list._head);swap(_size, list._size);}
结语
看完这篇文章,相信大家对list有了更加深层的理解,对于list的迭代器,它并不像前面的string
和vector
那种原生指针,而是封装成了类,使得链表的迭代器也可以执行++
和--
等操作,因为迭代器类重载了这些运算符.
今天就分享到这里了,如果觉得有帮助的话,可以给牛牛来一个一键三连吗?谢谢支持!