C++：list模拟实现

hello，各位小伙伴，本篇文章跟大家一起学习《C++：list模拟实现》，感谢大家对我上一篇的支持，如有什么问题，还请多多指教 ！
如果本篇文章对你有帮助，还请各位点点赞！！！
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话不多说，开始进入正题

🍁list的逻辑结构以及节点代码

在这里插入图片描述

是一个双指针带头链表，所以我选择用一个结构体ListNode来维护节点，如下：

// List的节点类
template<class T>
struct ListNode
{ListNode(const T& val = T()):_val(val),_pPre(nullptr),_pNext(nullptr){}ListNode<T>* _pPre;// 指向前一个结点ListNode<T>* _pNext;// 指向后一个节点T _val;// 该结点的值
};

我对ListNode<T>改一个名字：Node：

typedef ListNode<T> Node;
typedef Node* PNode;

🍁list类

🍃私有成员变量_pHead和私有成员函数CreateHead()

private:void CreateHead()// 创建头节点并且初始化{_pHead = new Node();_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;}PNode _pHead;

🍃尾插函数和插入函数

尾插只是插入的其中一种方式，所以实现了插入函数，就能够实现尾插函数。
插入思路图解：在pos位置前插入值为val的节点

创建新节点值为value后；
使prev节点的_pNext指针指向newnode，newnode的节点的_pPre指向prev；
使cur节点的_pPre指针指向newnode，newnode的节点的_pNext指向cur；
最后返回iterator(newnode);

在这里插入图片描述

itearator为迭代器，后面会实现

  • 插入
// 在pos位置前插入值为val的节点
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{Node* cur = pos._pNode;Node* newnode = new Node(val);Node* prev = cur->_pPre;// prev  newnode  curprev->_pNext = newnode;newnode->_pPre = prev;newnode->_pNext = cur;cur->_pPre = newnode;return iterator(newnode);
}
  • 尾插
void push_back(const T& val)
{insert(end(), val); 
}

🍃构造函数

  • 无参构造
list(const PNode& pHead = nullptr)
{CreateHead();/*_pHead = new Node();_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;*/
}
  • 带参构造（数值）
list(int n, const T& value = T())
{CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i)push_back(value);
}
  • 带参构造（迭代器）
template <class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}
}
  • 拷贝构造
list(const list<T>& l)
{CreateHead();// 复用带参构造（迭代器）list<T> temp(l.cbegin(), l.cend());// 与*this的头节点pHead交换指向swap(temp);
}

🍃析构函数

clear()为其中的成员函数，功能：清理list中的数据

~list()
{clear();delete _pHead;_pHead = nullptr;/*Node* cur = _pHead->_pNext;Node* tmp = cur->_pNext;while (cur != _pHead){delete cur;cur = tmp;tmp = tmp->_pNext;}tmp = cur = nullptr;_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;*/
}

🍃迭代器模拟

逻辑上并不难，也许难理解于模板

//List的迭代器结构体
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{typedef ListNode<T>* PNode;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;ListIterator(PNode pNode = nullptr):_pNode(pNode){}ListIterator(const Self& l){_pNode = l._pNode;}T& operator*(){assert(_pNode != _pNode->_pNext);return _pNode->_val;}T* operator->(){return &(*this);}Self& operator++(){_pNode = _pNode->_pNext;return *this;}Self operator++(int){PNode* tmp = _pNode;_pNode = _pNode->_pNext;return tmp;}Self& operator--(){_pNode = _pNode->_pPre;return *this;}Self& operator--(int){PNode* tmp = _pNode;_pNode = _pNode->_pPre;return tmp;}bool operator!=(const Self& l){return _pNode != l._pNode;}bool operator==(const Self& l){return !(*this != l);}PNode _pNode;
};

这段代码定义了一个模板结构 ListIterator，用于表示List类的迭代器。让我们来解释模板声明部分：

template<class T, class Ref, class Ptr>;

这一行是模板声明，定义了一个模板类 ListIterator，它有三个模板参数：T、Ref 和 Ptr。让我们逐个解释这些参数的作用：

1.T: 这是一个模板参数，表示迭代器指向的元素类型。在使用 ListIterator 时，你需要提供实际的类型作为 T 的值。
2.Ref: 这也是一个模板参数，表示迭代器的引用类型。通常情况下，当你通过迭代器解引用（使用 * 运算符）时，你希望得到的是元素的引用类型。所以 Ref 通常被设定为 T&，表示引用类型为 T 的元素。
3.Ptr: 这是迭代器的指针类型。与 Ref 类似，当你通过迭代器解引用（使用 -> 运算符）时，你希望得到的是元素的指针类型。因此，通常情况下 Ptr 被设定为 T*，表示指针类型为 T 的元素。

通过将这些参数设定为模板参数，ListIterator 类可以适用于不同类型的元素，同时也可以提供不同的引用和指针类型。这样做使得 ListIterator 类更加灵活，能够适用于不同的使用场景。

  • 封装的意义
    将迭代器的实现从 List 类中分离出来，有几个重要的意义和优势：
  1. 模块化设计：通过将迭代器封装为单独的类，可以实现更模块化的设计。这意味着 List 类的实现与迭代器的实现可以分开，每个类都专注于自己的职责。这样的设计使得代码更易于理解、维护和测试。
  2. 可重用性：通过将迭代器设计为独立的类，可以在不同的容器类中重复使用相同的迭代器实现。例如，如果你有另一个类似于 List 的容器类，也需要迭代器来遍历其中的元素，你可以直接重用相同的迭代器实现，而无需重新编写。
  3. 灵活性：将迭代器设计为独立的类使得它们的实现更加灵活。你可以在迭代器类中添加额外的功能或改变迭代器的行为，而不会影响到容器类的实现。这样的设计使得容器和迭代器的职责分离，每个类可以独立地演化和改进。
  4. 通用性：独立的迭代器类可以设计成通用的，适用于多种容器类型。这意味着你可以为不同的容器类实现相同的迭代器接口，使得用户在使用不同的容器时无需学习不同的迭代器接口，提高了代码的一致性和可用性。

总的来说，将迭代器封装为独立的类使得代码更加模块化、可重用、灵活和通用，提高了代码的可维护性、可扩展性和可读性。

🍃list类中迭代器的使用

public:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;
  • begin()和end()
// List Iterator
iterator begin()
{return _pHead->_pNext;
}iterator end()
{return _pHead;
}const_iterator begin() const
{return _pHead->_pNext;
}const_iterator end() const
{return _pHead;
}
  • erase
    删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
iterator erase(iterator pos)
{assert(pos._pNode != _pHead);Node* Prev = pos._pNode->_pPre;Node* Next = pos._pNode->_pNext;delete pos._pNode;Prev->_pNext = Next;Next->_pPre = Prev;return iterator(Next);
}

🍃List Modify

void push_back(const T& val) { insert(end(), val); }
void pop_back() { erase(--end()); }
void push_front(const T& val) 
{ assert(!empty());insert(begin(), val); 
}
void pop_front() { erase(begin()); }

🍁全部代码

#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;namespace My_List
{// List的节点类template<class T>struct ListNode{ListNode(const T& val = T()):_val(val),_pPre(nullptr),_pNext(nullptr){}ListNode<T>* _pPre;ListNode<T>* _pNext;T _val;};//List的迭代器类template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T>* PNode;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;ListIterator(PNode pNode = nullptr):_pNode(pNode){}ListIterator(const Self& l){_pNode = l._pNode;}T& operator*(){assert(_pNode != _pNode->_pNext);return _pNode->_val;}T* operator->(){return &(*this);}Self& operator++(){_pNode = _pNode->_pNext;return *this;}Self operator++(int){PNode* tmp = _pNode;_pNode = _pNode->_pNext;return tmp;}Self& operator--(){_pNode = _pNode->_pPre;return *this;}Self& operator--(int){PNode* tmp = _pNode;_pNode = _pNode->_pPre;return tmp;}bool operator!=(const Self& l){return _pNode != l._pNode;}bool operator==(const Self& l){return !(*this != l);}PNode _pNode;};//list类template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;typedef Node* PNode;public:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;public:///// List的构造list(const PNode& pHead = nullptr){CreateHead();/*_pHead = new Node();_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;*/}list(int n, const T& value = T()){CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i)push_back(value);/*int cnt = 0;while (cnt < n){PNode _first = new Node(value);PNode tmp = _pHead->_pPre;tmp->_pNext = _first;_first->_pPre = tmp;_first->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _first;++cnt;}*/}template <class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}/*while (first != last){PNode _first = new Node(*first);PNode tmp = _pHead->_pPre;tmp->_pNext = _first;_first->_pPre = tmp;_first->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _first;++first;}*/}list(const list<T>& l){CreateHead();list<T> temp(l.cbegin(), l.cend());swap(temp);/*iterator first = l._pHead->_pNext;iterator last = l._pHead;while (first != last){PNode _first = new Node(*first);PNode tmp = _pHead->_pPre;tmp->_pNext = _first;_first->_pPre = tmp;_first->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _first;++first;}*/}list<T>& operator=(const list<T> l){CreateHead();swap(l);return *this;/*iterator first = l._pHead->_pNext;iterator last = l._pHead;while (first != last){PNode _first = new Node(*first);PNode tmp = _pHead->_pPre;tmp->_pNext = _first;_first->_pPre = tmp;_first->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _first;++first;}return *this;*/}~list(){clear();delete _pHead;_pHead = nullptr;/*Node* cur = _pHead->_pNext;Node* tmp = cur->_pNext;while (cur != _pHead){delete cur;cur = tmp;tmp = tmp->_pNext;}tmp = cur = nullptr;_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;*/}///// List Iteratoriterator begin(){return _pHead->_pNext;}iterator end(){return _pHead;}const_iterator begin() const{return _pHead->_pNext;}const_iterator end() const{return _pHead;}///// List Capacitysize_t size()const{Node* cur = _pHead->_pNext;size_t cnt = 0;while (cur != _pHead){++cnt;cur = cur->_pNext;}return cnt;}bool empty()const{return size() == 0;}// List AccessT& front(){return _pHead->_pNext->_val;}const T& front()const{return _pHead->_pNext->_val;}T& back(){return _pHead->_pPre->_val;}const T& back()const{return _pHead->_pPre->_val;}// List Modifyvoid push_back(const T& val) { insert(end(), val); }void pop_back() { erase(--end()); }void push_front(const T& val) { assert(!empty());insert(begin(), val); }void pop_front() { erase(begin()); }// 在pos位置前插入值为val的节点iterator insert(iterator pos, const T& val){Node* cur = pos._pNode;Node* newnode = new Node(val);Node* prev = cur->_pPre;// prev  newnode  curprev->_pNext = newnode;newnode->_pPre = prev;newnode->_pNext = cur;cur->_pPre = newnode;return iterator(newnode);}// 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置iterator erase(iterator pos){assert(pos._pNode != _pHead);Node* Prev = pos._pNode->_pPre;Node* Next = pos._pNode->_pNext;delete pos._pNode;Prev->_pNext = Next;Next->_pPre = Prev;return iterator(Next);}void clear(){iterator cur = begin();while (cur != end()){cur = erase(cur);}_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;}void swap(list<T>& l){/*list<T> tmp = l;l = *this;*this = tmp;*/PNode tmp = _pHead;_pHead = l._pHead;l._pHead = tmp;}private:void CreateHead(){_pHead = new Node();_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;}PNode _pHead;};
};

你学会了吗？
好啦，本章对于《C++：list模拟实现》的学习就先到这里，如果有什么问题，还请指教指教，希望本篇文章能够对你有所帮助，我们下一篇见！！！

如你喜欢，点点赞就是对我的支持，感谢感谢！！！

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