【C++】STL中 list 的模拟实现

Brant_zero2022

已于 2022-10-03 22:34:30 修改

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ list 链表

于 2022-09-27 22:28:59 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Brant_zero/article/details/127040277

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本文详细介绍了一个自定义List的实现过程，包括结点定义、迭代器实现及其基本功能、List的主要功能实现等内容。通过深入探讨，帮助读者理解List的底层原理。

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一、list成员定义

1.1 list 的结点定义

实现 list，首先我们要先自定义创建一个结点类型，定义如下：

1.2 list的结构

STL中的 list 结构为带头双向循环链表，所以当调用了 list 时，就默认创建了 _head 结点，并将_next、_prev指向自身。

1.3 实现的函数

以下来看看我们接下来要实现的函数接口。本篇要实现三个类，一个是 list 的结点类，一个 list 的迭代器类，最后是 list 类。

namespace Brant
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
		list_node(const T& x = T());
	};

	template <class T, class Ref, class Ptr>
	struct __list_iterator
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  iterator;
		Node* _node;
		__list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}
		bool operator !=(const iterator& it);
		bool operator !=(const iterator& it) const;
		bool operator ==(const iterator& it);
		bool operator ==(const iterator& it) const;
		Ref operator* ();
		Ptr operator->() const;
		iterator& operator++();
		iterator operator++(int);
		iterator& operator--();
		iterator operator--(int);

	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;
	public:
		typedef __list_iterator<T, T&, T*>     iterator;
		typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
		iterator begin();
		iterator end();
		const_iterator begin() const;
		const_iterator end() const;
		void empty_init();
		list();
		template <class InputIterator>
		list(InputIterator first, InputIterator last);
	    list(const list<T>& lt);
	    list<T>& operator=(list<T> lt);
	    ~list();
	    void push_back(const T& x);
	    iterator insert(iterator pos, const T& x);
	    iterator erase(iterator pos);
	    void push_front(const T& x);
	    void pop_back();
	    void clear();
	private:
		Node* _head;
	};

}

二、list 的迭代器

list 的迭代器不同于 string、vector的迭代器，它的迭代器并不是原生指针，list的迭代器指向的是每个结点。所以，我们要单独实现 list 的迭代器——__list_iteartor(像指针一样的对象)，才能在 list 中进行使用。

首先我们先来是实现 list 的push_back，然后使用 list 的迭代器将其数据全部输出。

2.1 push_back

思路：

尾插的是在 _head->prev 处进行插入，保存 _head->prev 为 tail 。
创建 (new) 一个 newnode 。(注意，Node 类型向初始化要调用构造函数)
链表的链接

好的，接下来实现一个 test 函数来检验成果。

2.2 iterator 的实现

在上面实现了 push_back 后，我们只能在监视里观察插入的数据。因为我们无法像 string、vector 直接使用指针进行访问，因为 list 不是连续的物理空间。所以，我们要自己实现 list 的专用指针，才能在控制台输出数据。

接下来，我们就开始编写我们自己的 iterator 类

如上，我们便实现了属于 list 的迭代器，本质是在 list 类中调用 __list_iteartor。

所以，如果我们创建一个 list 的迭代器。就可以在 list 类中构造一个__list_iteartor的迭代器。

接下来，我们使用实现一个成员函数，具体功能如下：

在 list 中将结点传入__list_iteartor，构造出一个 list 的迭代器。最常用的便是 begin()、end()。

注意上面使用的是匿名对象，一样是在用结点构造一个迭代器。

2.3 iterator 的基本功能

定义了 list 迭代器，我们接下来就是要实现其作为迭代器的基本功能。让其能便捷的操作每个结点。

2.3.1 operator !=

这里为了便捷书写、提高代码可读性，我们在__list_iteartor 中再 typedef 一下。

便可以简便、清晰地书写

2.3.2 operator *

如果我们想访问、修改一个迭代器所指向的结点中的数据，所以我们要再提供(*)操作符重载.

2.3.3 operator ++

这个功能就更重要，++iterator就可以让迭代器指向下一个结点，并返回++迭代器后的值(*this)。

2.3.4 operator ->

重载出这个运算符重载，可以更方便我们访问迭代器的成员变量。

使用场景：

当我们list中存放的内置类型，此时我们直接 *iterator 就可以很好的拿到数据，可是如果我们list 中存放的自定义类型的数据，此时我们呢 *iterator 取到的是 data ，而data又是一个内置类型，我们要再次解引用 (*data) ，使用起来就十分别扭。

这时，我们就可以重载出 -> 运算符重载，使用起来非常方便。

我们来看看是如何实现这个运算符的。