【C++】list容器及其模拟实现 - ToB企服应用市场:ToB评测及商务社交产业平台

// list的构造
void TestList1()
{
list<int> l1; // 构造空的l1
list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
list<int> l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
// 用迭代器方式打印l5中的元素
list<int>::iterator it = l5.begin();
while (it != l5.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// C++11范围for的方式遍历
for (auto& e : l5)
cout << e << " ";
cout << endl;
}

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// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{
// 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10; 编译不通过
}
cout << endl;
}
void TestList2()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 使用正向迭代器正向list中的元素
// list<int>::iterator it = l.begin(); // C++98中语法
auto it = l.begin(); // C++11之后推荐写法
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
auto rit = l.rbegin();
while (rit != l.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
}

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// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 在list的尾部插入4，头部插入0
L.push_back(4);
L.push_front(0);
PrintList(L);
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
PrintList(L);
}
// insert /erase
void TestList4()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
PrintList(L);
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
PrintList(L);
// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
vector<int> v{ 7, 8, 9 };
L.insert(pos, v.begin(), v.end());
PrintList(L);
// 删除pos位置上的元素
L.erase(pos);
PrintList(L);
// 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
L.erase(L.begin(), L.end());
PrintList(L);
}
// resize/swap/clear
void TestList5()
{
// 用数组来构造list
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
PrintList(l1);
// 交换l1和l2中的元素
list<int> l2;
l1.swap(l2);
PrintList(l1);
PrintList(l2);
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
cout << l2.size() << endl;
}

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void TestListIterator1()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给
其赋值
l.erase(it);
++it;
}
}
// 改正
void TestListIterator()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
l.erase(it++); // it = l.erase(it);erase会返回当前删除节点的下一节点
}
}

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//链表的节点，由于存储的数据不定，我们这里实现成模板
template<class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
list_node(const T& data = T())
:_data(data)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};

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void clear()
{
auto it = begin();//挨个释放list中节点资源
while (it != end())
{
it = erase(it);//复用删除功能
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
void push_back(const T& x)
{
/*Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
++_size;*/
insert(end(), x);//尾插直接复用插入代码
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);//头插直接复用插入代码
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//插入一个新节点
Node* cur = pos._node;//当前位置节点
Node* prev = cur->_prev;//前驱节点
Node* newnode = new Node(x);
// prev newnode cur
newnode->_next = cur;//新节点next指向当前位置节点
cur->_prev = newnode;//当前节点前驱指针指向新节点
newnode->_prev = prev;//新前驱节点的前驱指针指向前驱节点
prev->_next = newnode;//前驱节点next指向新节点
++_size;//更新list中节点个数
return newnode;//返回新节点指针，返回值在根据指针构造出对应迭代器
}
void pop_back()
{
erase(--end());//尾删直接复用对应删除代码
}
void pop_front()
{
erase(begin());//前删直接复用对应删除代码
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//不能删除头结点
Node* prev = pos._node->_prev;//将删除节点前驱跟后驱节点的指向相连
Node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;//释放删除节点的资源
--_size;
return next;//返回删除节点后驱节点指针，返回值在根据指针构造出对应迭代器
//这一步返回操作可以更新外部指向删除节点的迭代器的值
//防止迭代器失效的问题
}
size_t size() const
{
return _size;
}
bool empty() const
{
return _size == 0;
}

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template<class T, class Ref, class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;//通过模板参数控制iterator与const_iterator
//Ptr指针，Ref引用
//不同返回值
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()//模拟解引用指针，我们需要将迭代器指向节点的数据返回
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()//模拟访问节点内部指针，我们需要将迭代器指向节点的内部成员指针返回
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()//模拟迭代器++,向后移动
{
_node = _node->_next;//迭代器内部的节点指针后移
return *this;//返回新节点的引用，在根据引用，构造一个新迭代器返回
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};
/*template<class T>//如果不通过函模板参数控制，我们就需要因为const_iterator多写一份非常相
//似的代码
struct list_const_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef list_const_iterator<T> Self;
Node* _node;
list_const_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};*/

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void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
list(initializer_list<T> il)
{
empty_init();
for (auto& e : il)
{
push_back(e);
}
}
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
// lt1 = lt3 现代写法的赋值重载
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}

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#pragma once
#include<assert.h>
namespace zlr
{
template<class T>
struct list_node//链表的节点
{
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
list_node(const T& data = T())
:_data(data)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;//通过模板参数控制iterator与const_iterator
//不同返回值
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};
/*template<class T>//如果不通过函模板参数控制，我们就需要因为const_iterator多写一份非常相
//似的代码
struct list_const_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef list_const_iterator<T> Self;
Node* _node;
list_const_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};*/
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
/*typedef list_iterator<T> iterator;
typedef list_const_iterator<T> const_iterator;*/
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;//将类型重新封装，便于使用，统一风格
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
iterator begin()
{
/* iterator it(_head->_next);
return it;*/
//return iterator(_head->_next);
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
list(initializer_list<T> il)
{
empty_init();
for (auto& e : il)
{
push_back(e);
}
}
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
// lt1 = lt3
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
void push_back(const T& x)
{
/*Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
++_size;*/
insert(end(), x);//直接复用代码
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
// prev newnode cur
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
prev->_next = newnode;
++_size;
return newnode;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
--_size;
return next;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
bool empty() const
{
return _size == 0;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
struct AA
{
int _a1 = 1;
int _a2 = 1;
};
// 按需实例化
// T* const ptr1
// const T* ptr2
template<class Container>
void print_container(const Container& con)
{
// const iterator -> 迭代器本身不能修改
// const_iterator -> 指向内容不能修改
typename Container::const_iterator it = con.begin();
//auto it = con.begin();
while (it != con.end())
{
//*it += 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : con)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
*it += 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
print_container(lt);
list<AA> lta;
lta.push_back(AA());
lta.push_back(AA());
lta.push_back(AA());
lta.push_back(AA());
list<AA>::iterator ita = lta.begin();
while (ita != lta.end())
{
//cout << (*ita)._a1 << ":" << (*ita)._a2 << endl;
// 特殊处理，本来应该是两个->才合理，为了可读性，省略了一个->
cout << ita->_a1 << ":" << ita->_a2 << endl;
cout << ita.operator->()->_a1 << ":" << ita.operator->()->_a2 << endl;
++ita;
}
cout << endl;
}
void test_list2()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
// insert以后迭代器不失效
list<int>::iterator it = lt.begin();
lt.insert(it, 10);
*it += 100;
print_container(lt);
// erase以后迭代器失效
// 删除所有的偶数
it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = lt.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
print_container(lt);
}
void test_list3()
{
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
list<int> lt2(lt1);
print_container(lt1);
print_container(lt2);
list<int> lt3;
lt3.push_back(10);
lt3.push_back(20);
lt3.push_back(30);
lt3.push_back(40);
lt1 = lt3;
print_container(lt1);
print_container(lt3);
}
void func(const list<int>& lt)
{
print_container(lt);
}
void test_list4()
{
// 直接构造
list<int> lt0({ 1,2,3,4,5,6 });
// 隐式类型转换
list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
const list<int>& lt3 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
func(lt0);
func({ 1,2,3,4,5,6 });
print_container(lt1);
//auto il = { 10, 20, 30 };
/* initializer_list<int> il = { 10, 20, 30 };
cout << typeid(il).name() << endl;
cout << sizeof(il) << endl;*/
}
}

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template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态
成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照类名::静态成员变量名的方式访问的
public:
typedef typename Iterator::Ref Ref;
typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
//
// 构造
ReverseListIterator(Iterator it) : _it(it) {}
//
// 具有指针类似行为
Ref operator*() {
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->() { return &(operator*()); }
//
// 迭代器支持移动
Self& operator++() {
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int) {
Self temp(*this);
--_it;
return temp;
}
Self& operator--() {
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
++_it;
return temp;
}
//
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const { return _it != l._it; }
bool operator==(const Self& l)const { return _it != l._it; }
Iterator _it;
};

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