【C++】STL——list底层实现

目录

💕1.list的三个类介绍

💕2.list——节点类 （ListNode）

💕3.list——链表类 （List）

💕4.list——迭代器类（重点思考）(ListIterator)

💕5. list遍历(迭代器，const迭代器)

💕6.整体代码 

💕7.测试用例

💕8.完结 

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一个人的坚持到底有多难 

    声明:此文内容基于此文章->:【C++】STL——list的使用

💕1.list的三个类介绍

在list中存在着三个类，而我们使用的list就是这三个类相辅相成形成的功能

它们分别是节点类,链表类，迭代器类

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节点类用来代表每一个节点的内容

迭代器类用来实现链表的遍历，成员为单个节点的地址

而链表类就是用来实现各种链表功能，成员为头结点

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💕2.list——节点类 （ListNode）

节点类是每一个节点的内容，因此需要有前一个节点的地址，后一个节点的地址，以及数据

但因为它的内容需要频繁运用，因此最好用struct，struct中所有都为public，因此很方便，当然class也没有问题，只不过需要显示public

因此需要这样写->:

template<class T>
struct ListNode
{ListNode* prev;ListNode* next;T data;//1.T& x可以让形参不开辟新的空间，时间和空间上都有节省//2.const保护引用不被修改//3.T()是因为节点内容不一定是什么类型，而T()可以更好地初始化//例:int(),自动初始化为0，double()，string()ListNode(const T& x = T()):data(x),prev(nullptr),next(nullptr){}
};

💕3.list——链表类 （List）

链表类的实现主要是具体功能，而我们知道链表是有一个头结点的，因此可以在链表类中实现

	template<class T>class List{typedef ListNode<T> Node;//将节点类重命名为Node//创建头节点，让其指向自己List(){phead = new Node();phead->next = phead;phead->prev = phead;}private:Node* phead;};

💕4.list——迭代器类（重点思考）(ListIterator)

迭代器类需要实现的是链表的遍历，想要实现遍历，必不可少的就是begin()函数，正常来说，begin()函数的返回类型应该是节点的地址，但是仔细思考一下，如果返回的是节点的地址，那这个节点的地址++后，不一定是下一个节点的地址，因此，begiin()函数不应该使用节点的地址作为返回值

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新的思路：我们可以利用对象进行遍历，什么意思？

我们在进行遍历时，每一次begin()返回的是一个对象，通过访问这个对象中的节点地址，加上运算符重载，来进行遍历，因为利用这个对象中的节点地址，就进而可以通过这个节点地址访问到节点的数值

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因此可以这样写->:

	template<class T>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;Node* node;//单个节点的地址};

为什么是结构体?先不要在意，请看后面

💕5. list遍历(迭代器，const迭代器)

我们的思路是，通过对象进行遍历，因此我们需要实现对象的++,--运算符重载，来一个一个的遍历每一个节点对象

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	template<class T>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T> Self;ListIterator(Node* x){node = x;}//前置++,作用是遍历，不可以返回节点地址，因为无法进行下一次++，不一定会指向下一个节点//利用对象进行遍历，因此返回的应该是一个对象，迭代器类的对象，因为要用迭代器类中的单个节点的地址来遍历Self& operator++(){node = node->next;return *this;}Self& operator--(){node = node->prev;return *this;}//后置--//后置--需要利用一个临时变量来表示原来的值，首先传参传给来的是对象的地址，即thisSelf operator--(int){//Self* tep = this;//这种写法不可取，因为两块地址一样，任意一个修改全修改了所以没区别Self tep(*this);//拷贝构造函数创建临时对象，但是需要注意区分，这个对象的地址和*this的地址是不一样的，但是它们里面的node地址是一样的node = node->prev;return tep;//后置的返回值不可以用引用，因为临时变量tep出了函数就销毁了，用引用会导致空引用}Self operator++(int){//Self* tep = this;//这种写法不可取，因为两块地址一样，任意一个修改全修改了所以没区别Self tep(*this);//拷贝构造函数创建临时对象，但是需要注意区分，这个对象的地址和*this的地址是不一样的，但是它们里面的node地址是一样的node = node->next;return tep;}T& operator*(){return this->node->data;}bool operator!=(const Self& it){return this->node != it.node;}bool operator==(const Self& it){return this->node == it.node;}Node* node;//单个节点的地址};

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接下来是begin函数与end函数，写在List类中

		iterator begin(){//phead->next的类型是Node*类型，而返回类型需要是iterator类型，也就是对象//利用匿名对象，将phead->next传给ListIterator的构造函数，使它变为一个匿名对象，再return回去return iterator(phead->next);}iterator end(){return iterator(phead);}

如何实现const迭代器?

我们可以新建一个const的迭代器类，通过const修饰constIterator类中的成员变量，进而实现const迭代器的效果

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具体实现如下->:
 

// 新增 const 迭代器
template<class T>
struct ListConstIterator
{typedef const ListNode<T> Node;typedef ListConstIterator<T> Self;ListConstIterator(Node* x):node(x){}// 前置++Self& operator++(){node = node->next;return *this;}Self& operator--(){node = node->prev;return *this;}// 后置++Self operator++(int){Self tep(*this);node = node->next;return tep;}Self operator--(int){Self tep(*this);node = node->prev;return tep;}const T& operator*() const{return node->data;}bool operator!=(const Self& it) const{return node != it.node;}bool operator==(const Self& it) const{return node == it.node;}//把节点定义为const类，因为const迭代器要实现的是const T* ,限制的是解引用const Node* node;
};

template<class T>
class List
{public:typedef ListNode<T> Node;//将节点类重命名为Nodetypedef ListIterator<T> iterator;//将迭代器类重命名为iteratortypedef ListConstIterator<T> const_iterator; // 新增 const_iterator//创建头节点，让其指向自己const_iterator begin() const{return const_iterator(phead->next);}const_iterator end() const{return const_iterator(phead);}
};

至此难点就全部完成了，剩下的就只剩拷贝构造等，看看整体代码即可

💕6.整体代码 

#pragma
#include<assert.h>
namespace yzq
{template<class T>struct ListNode{ListNode* prev;ListNode* next;T data;//1.T& x可以让形参不开辟新的空间，时间和空间上都有节省//2.const保护引用不被修改//3.T()是因为节点内容不一定是什么类型，而T()可以更好地初始化//例:int(),自动初始化为0，double()，string()ListNode(const T& x = T()):data(x),prev(nullptr),next(nullptr){}};template<class T>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T> Self;ListIterator(Node* x){node = x;}//前置++,作用是遍历，不可以返回节点地址，因为无法进行下一次++，不一定会指向下一个节点//利用对象进行遍历，因此返回的应该是一个对象，迭代器类的对象，因为要用迭代器类中的单个节点的地址来遍历Self& operator++(){node = node->next;return *this;}Self& operator--(){node = node->prev;return *this;}//后置--//后置--需要利用一个临时变量来表示原来的值，首先传参传给来的是对象的地址，即thisSelf operator--(int){//Self* tep = this;//这种写法不可取，因为两块地址一样，任意一个修改全修改了所以没区别Self tep(*this);//拷贝构造函数创建临时对象，但是需要注意区分，这个对象的地址和*this的地址是不一样的，但是它们里面的node地址是一样的node = node->prev;return tep;//后置的返回值不可以用引用，因为临时变量tep出了函数就销毁了，用引用会导致空引用}Self operator++(int){//Self* tep = this;//这种写法不可取，因为两块地址一样，任意一个修改全修改了所以没区别Self tep(*this);//拷贝构造函数创建临时对象，但是需要注意区分，这个对象的地址和*this的地址是不一样的，但是它们里面的node地址是一样的node = node->next;return tep;}T& operator*(){return this->node->data;}bool operator!=(const Self& it){return this->node != it.node;}bool operator==(const Self& it){return this->node == it.node;}Node* node;//单个节点的地址};// 新增 const 迭代器template<class T>struct ListConstIterator{typedef const ListNode<T> Node;typedef ListConstIterator<T> Self;ListConstIterator(Node* x):node(x){}// 前置++Self& operator++(){node = node->next;return *this;}Self& operator--(){node = node->prev;return *this;}// 后置++Self operator++(int){Self tep(*this);node = node->next;return tep;}Self operator--(int){Self tep(*this);node = node->prev;return tep;}const T& operator*() const{return node->data;}bool operator!=(const Self& it) const{return node != it.node;}bool operator==(const Self& it) const{return node == it.node;}//把节点定义为const类，因为const迭代器要实现的是const T* ,限制的是解引用const Node* node;};template<class T>class List{public:typedef ListNode<T> Node;//将节点类重命名为Nodetypedef ListIterator<T> iterator;//将迭代器类重命名为iteratortypedef ListConstIterator<T> const_iterator; // 新增 const_iterator//创建头节点，让其指向自己const_iterator begin() const{return const_iterator(phead->next);}const_iterator end() const{return const_iterator(phead);}List(){phead = new Node();phead->next = phead;phead->prev = phead;}//拷贝构造函数，可以开辟新空间然后直接尾插//因为l2是const类型的，所以auto时需要const类型的迭代器//遍历 const 对象需要 const 迭代器List(const List<T>& l2){phead = new Node();phead->next = phead;phead->prev = phead;for (const auto& e : l2){push_back(e);}}//赋值运算符重载//直接更改头结点，后面的访问就全更改了List<T>& operator=(List<T> lt){swap(phead, lt.phead);return *this;}//析构函数~List(){clear();delete phead;phead = nullptr;}//全部遍历一遍s释放void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}//头删void pop_back(){erase(--end());}//头插void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}//头删void pop_front(){erase(begin());}void push_back(const T& x){Node* newnode = new Node(x);Node* tail = phead->prev;tail->next = newnode;newnode->prev = tail;newnode->next = phead;phead->prev = newnode;}iterator begin(){//phead->next的类型是Node*类型，而返回类型需要是iterator类型，也就是对象//利用匿名对象，将phead->next传给ListIterator的构造函数，使它变为一个匿名对象，再return回去return iterator(phead->next);}iterator end(){return iterator(phead);}iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos.node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->prev;// prev  newnode  curprev->next = newnode;newnode->prev = prev;newnode->next = cur;cur->prev = newnode;return iterator(newnode);}// erase 后 pos失效了，pos指向节点被释放了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);}private:Node* phead;};
}

💕7.测试用例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <iostream>
using namespace std;
#include"list.h"
int main() {yzq::List<int> l1;l1.push_back(2);l1.push_back(3);l1.insert(l1.begin(), 5);l1.erase(l1.begin());yzq::List<int> l2(l1);//遍历输出： 2 3for (auto e : l2) {std::cout << e << " ";}return 0;
}

💕8.完结