【C++练级之路】【Lv.8】【STL】list类的模拟实现

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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：

1. 使用struct，标明公有属性（这样从外部调用比较方便）
2. list是带头双向循环链表
3. 提供全缺省的默认构造函数

template<classT>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：

1. 仍然使用struct，标明公有属性
2. 成员变量是一个结点的指针
3. 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<classT,classRef,classPtr>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：

1. 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）
2. 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

booloperator!=(const self& s){return _node != s._node;}booloperator==(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<classT>classlist{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：

1. begin()在_head->next
2. 使用匿名对象

iterator begin(){returniterator(_head->_next);}

const_iterator begin()const{returnconst_iterator(_head->_next);}

3.2.2 end

细节：

1. end()在_head
2. 使用匿名对象

iterator end(){returniterator(_head);}

const_iterator end()const{returnconst_iterator(_head);}

3.3 默认成员函数

3.3.1 constructor

空初始化：创建哨兵位

voidempty_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<classInputIterator>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：

1. 用迭代器区间构造，构造出临时对象
2. 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：

1. 传参变成传值，这样就会拷贝构造出一个临时对象
2. 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：

1. 在pos之前插入
2. 迭代器不会失效

voidinsert(iterator pos,const T& x){
    node* cur = pos._node;
    node* prev = cur->_prev;
    node* new_node =newnode(x);

    prev->_next = new_node;
    new_node->_prev = prev;
    cur->_prev = new_node;
    new_node->_next = cur;}

3.4.2 push_front

头插

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

3.4.3 push_back

尾插

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

3.4.4 erase

指定位置删除

细节：

1. assert断言，防止删除哨兵位
2. 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;returniterator(next);}

3.4.5 pop_front

voidpop_front(){erase(begin());}

3.4.6 pop_back

voidpop_back(){erase(--end());}

3.4.7 clear

清除所有结点（除哨兵位以外）

voidclear(){
    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

voidswap(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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