文章目录
前言
一、List源码阅读
二、List常用接口模拟实现
1.定义一个list节点
2.实现一个迭代器
2.2const迭代器
3.定义一个链表,以及实现链表的常用接口
三、List和Vector
总结
前言
本文中出现的模拟实现经过本地vs测试无误,文件已上传gitee,地址:list: 模仿实现stl的list - Gitee.com
一、List源码阅读
首先我们阅读源码,阅读源码我按照如下方式:先找到单个节点的定义,再找到list里面的主要成员函数。
list_node链表节点的定义,如下:有三个成员,prev,next指针,数据域。
实现链表的接口:增删改查,回想我们用C语言实现的顺序表的时候,使用指针去实现。使用C++的时候,模拟实现string,也是使用迭代器。迭代器就是模拟指针的行为,但是链表直接使用指针++,不一定能访问到下一个节点,所以我们要封装一下原生指针--迭代器,去实现对list的访问。
阅读源码,_list_iterator这个迭代器,有三个模板参数,猜测T应该是类型,Ref是引用,Ptr是指针,为什么有三个模板参数?后续再分析。这个迭代器里实现了一个原生迭代器,一个const迭代器,const调用const对象,然后还有一个self,暂时不明白什么意思。继续往下。
阅读到这里,重定义了一些参数。注意这里:
- typedef _list_node<T> * link_type;
- link_type node;
- _list_iterator(link type x):node(x){}
和C语言一样,这里定义了一个节点的指针,作为实现迭代器的最小单元
继续往下阅读,这里有一些运算符重载的函数,比较节点是否相等,以及引用,注意这里引用的返回值使用了reference,上面看出来将Ref重定义成了reference,所以这里可以猜测,ref就是返回引用的值
这里实现了运算符重载函数,使用迭代器,去访问前后的节点。注意这里的返回值是self,前面读到self就是_list_iterator的一个模板参数。对比之前实现日期类的时候,日期类++,返回的就是一个日期类对象。这里使用迭代器进行++,猜测这里返回的就是一个迭代器。
继续查看迭代器的使用:在list的成员函数中,查看到begin:指向头节点的下一个,end指向头节点。rbegin指向头节点,rend指向头节点的下一个。
判断链表是否为空:判断头节点的下一个是否指向头节点
计算链表的size:根据begin,end去计算
以及链表中最重要的插入insert,通过迭代器找到pos的位置,根据T去构建一个Node,再进行插入。头插尾插都可以复用Insert。头插头删的时候先保留现在的指针指向情况,再进行修改,修改完了之后再删除这个节点
往下阅读,到了list的主体部分,有两个模板参数。alloc暂时不明白是什么
这里实现了一种创建节点的成员函数,create_node:通过T类型的参数x创建一个节点.
empty_initialize 空的初始化,只创建一个节点
二、List常用接口模拟实现
通过上面阅读源码,我们来模仿实现list的一些常用接口。
1.定义一个list节点
template<class T>
struct list_node
{T _data;list_node<T> * _next;list_node<T> * _prev;
}
2.实现一个迭代器
迭代器要么就是原生指针,要么就是自定义类型对原生指针的封装,模拟指针的行为。
list用一个节点的指针,去构造一个迭代器
template<class T>
struct _list_iterator
{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T> self;//定义一个指针,指向链表node * _node;//构造函数 用一个节点指针去构造迭代器_list_iterator(node * n):_node(n){}//实现迭代器的功能//指针++向后遍历,就如日期类,返回的还是一个日期类对象;迭代器++,返回一个迭代器对象self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self& operator++(int) //实现前置++{self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self& operator++(int) //实现前置++{self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}T& operator*(){return _ndoe->data;}bool operator == (const self& s){return _node == s._node;}bool operator !=(const self &s){return _node != s._node;}
2.2const迭代器
假设我们传了一个const对象,
- void print_list(const list<int><)。
- 对象的类型是一个const list<int> * ,调用不了普通迭代器,是一个经典的权限放大,所以我们要对this加一个const。此时变成了const* _head,指针本身不能改变,但是指向的内容可以改变。即我们还是可以对对象进行改变。
- 在stl库中,它使用const修饰*this,返回值也是一个const_iterator。但是,对于所有的成员函数都使用const修饰*this和返回值类型很冗余,所以我们这里增加了一个模板参数class Ref。
template<class T>struct __list_const_iterator{typedef list_node<T> node;typedef __list_const_iterator<T> self;node* _node;__list_const_iterator(node* n):_node(n){}//保护返回的值不能被修改const T& operator*(){return _node->_data;}//... 其他成员函数都相同};
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){}Ref operator*(){return _ndoe->data;}//注意这里 如果我定义了一个AA类型的链表,通过迭代器去访问,指针类型为AA*// 现在要访问它的成员 可以这样: *(it)._a1; //也可以it->->a1 一个是运算符重载调用,it是自定义类型,无法直接使用箭头,it-> 就相当于运算符重载operator-> AA*//一个是找成员 //这里为了增强可读性 省略了一个箭头 it->_a1;Ptr operator->(){return &_node->data;}self& operator--(){}//其余运算符操作类似
}template<class T>
class list
{//注意这里模板参数 调用普通迭代器 T&传给ref, 调用const迭代器 const T& 传给ref typedef _list_iterator<T,T&,T*> iterator;typedef _list_iterator<T,const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){return iterator(_head->_next);}const iterator begin(){return const_iterator(_head->_next);}//..其余类似
}
3.定义一个链表,以及实现链表的常用接口
template<class T>
struct _list
{typedef list_node<T> node;typedef _list_iterator<T> iterator;//list的成员node* _head;//list的构造 初始只有一个头节点list(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}//list的一些成员函数 //通过迭代器定位begin和enditerator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}//通过迭代器对指定pos位置进行增删改查void insert(iterator pos, const T& x){node new_node = new node(x);//iterator cur = pos;//这里是要通过pos的指针,找到这个节点 对pos进行解引用node * cur = pos._node;node * prev = cur->_prev;prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;new_node->_next = cur;cur->_prev = new_node;}void push_back(){insert(end(),x);}void push_front(){insert(begin(),x);}void 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;}void pop_back(){erase(end());}void pop_front(){erase(begin());}//打印void print_list(const list<T> & lt){iterator it = lt.begin();while(it != lt.end()){cout<<*it;++it;}cout<<endl;}}
三、List和Vector对比
vector与list都是stl中非常重要的序列容器,由于两个容器的底层结构不同,导致特性以及应用场景不同
vector | list | |
底层结构 | 动态顺序表,一段连续的空间 | 带头节点的双向循环链表 |
随机访问 | 支持随机访问,访问某个元素效率O(1) | 不支持随机访问,访问某个元素效率O(N) |
插入和删除 | 在任意位置插入删除元素效率较低,时间复杂度O(N),插入可能需要扩容,开辟新空间,拷贝元素,释放旧空间 | 任意位置插入和删除效率高,不需要搬移元素。时间复杂度O(1) |
空间利用率 | 底层为连续空间,不容易造成内存碎片,空间利用率高,缓存利用率高 | 底层节点动态开辟,小节点容易造成内存碎片,空间利用率低,缓存利用率低 |
迭代器 | 原生指针 | 对原生指针(节点指针)进行封装 |
迭代器失效 | 在插入元素时,要给所有的迭代器重新赋值,因为插入元素有可能导致扩容,导致原来迭代器失效,删除时,也可能失效。需要重新给迭代器赋值 | 插入元素不会导致迭代器失效,删除元素时,只会导致当前迭代器失效,因为那个节点已经被删除。其他迭代器不受影响 |
使用场景 | 需要高效存储,支持随机访问,不关心插入删除效率 | 大量插入和删除操作,不关心随机访问 |
总结
本文主要对stl源码中list内容进行阅读,并模拟实现。技术有限,如有错误请指正。