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list底层实现

时间:2022-09-02 18:12:28浏览次数:65  
标签:node head const iterator 迭代 实现 list 底层

list底层实现

list和vector都是容器,只不过他们的存储结构不同,vector实际底层结构是顺序表,支持随机访问。list的底层结构带头双向链表,不支持随机访问。   但list的底层实现不同,因为他是链表的缘故,所它的节点和迭代器必须在外在创建类来嵌套   vector的insert和erase函数都有迭代器失效的问题,而list的只有erase函数有迭代器失效的问题
 

_list_node

首先是一个用来创建节点的类 一个节点有他的前后指针,和他存储的值 此类还有进行初始话的操作
    //创建 构造节点的类
    struct _list_node
    {
        _list_node<T>* next;
        _list_node<T>* prve;
        T _val;

        _list_node(const T& val=T())
            :next(nullptr)
            , prve(nullptr)
            ,_val(val)
        {
        }
    };

 

_list_iterator

其次是创建迭代器的类 记住 vector的迭代器本质上可以认为是一个指针,而list的迭代器不同,它是以链表内的节点区分的。跟vector的区别很大   1.创建一个迭代器,必然要知道一个节点 2.因为迭代器分为const和非const的版本 但如果再创建一个数据大部分相同的,但只是加几个const的类,这对复用性非常差,所以我们根据源码来修改 主要思路,就是通过模版类型,和外面的名字不同,传过来的类型就不同。 比如 我用的是非const 那么Ref和Ptr就会传来非const的版本 如果我们用的是const 那么Ref和Ptr就会传来const的版本 3.要用的节点放到函数来赋给能让我们使用的节点 self本质就是为了方便,整个名太长,直接重命名为短的名。   这里记住解释 解引用的 本质将本体传过来,然后返回他里面存储的值,他的值时他的类型,并且需要修改,就是T&   而*是不需要传另外的值的,所以*是不需要参数的   ->符合,本质是传出去它存储的值的地址。 也就是解引用传出来的值,在加上指针。而指针是用指针传出去,而它是模版类型 也就是T*      前置++符号重载,记住这里的++,--他们都是用来对迭代器的向前,后移动,而不是改变他们的值,所以他们的返回值 也是迭代器, 也就是self     后置++符合重载,本质就是返回不先++,而是返回它自己的值后,再++,但函数是不允许return后再进行操作的,所以可以创建一个临时的迭代器,用来存储现在的迭代器,然后返回临时的迭代器。(后置++不用引用的原因,是因为返回的是临时的迭代器,返回后,函数结束,这个临时迭代器的生命周期也结束了,如果你传的是引用,再对这个已经释放的临时迭代器进行操作时,会造成非法访问地址,所以后置++不用引用返回)而本体迭代器直接进行++即可   前置后置++ 都是用next向后移动到下一个节点   前置--和后置--的操作和前置++和后置--的解释是一样的,只不过一个向前一个向后的区别而已。   符号重载:只要这个符合它是对自己本身操作的,那么这个函数是不需要进行传参的!   !=符合重载,是本身与其他迭代器比较,所以传参的类型也是迭代器类型 传参的本质,是要看它传过来的到底是迭代器还是值还是他的节点! 操作很简单,就是对它的节点进行比较即可。 ==符合重载也是一样,只不过操作内容相反而已
    template<class T , class Ref , class Ptr>//Ref Ptr 是可以很好的区分const与非const版本
    //通过重命名  通过不同的命名 传过来的参数是不同的 
    struct _list_iterator
    {
        typedef _list_node<T> Node;
        //typedef _list_iterator<T, T&, T*> self;//这里要传 Ref 和 Ptr  不然const版本没有函数可以返回 
        typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;//这里要传 Ref 和 Ptr  不然const版本没有函数可以返回 
        Node* _node;//接收节点

        _list_iterator(Node* node)
            :_node(node)
        {}

        Ref operator*()//*重载 不需要传参数
        {
            return _node->_val;
        }

        Ptr operator->()
        {
            //return &(operaotr*());
            return &_node->_val;
        }

        self& operator++()//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            _node = _node->next;
            return *this;
        }

        self operator++(int)//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            self tmp(*this);
            _node = _node->next;
            return tmp;
        }

        self& operator--()//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            _node = _node->prve;
            return _node;
        }

        self operator--(int)//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            self tmp(*this);
            _node = _node->prve;
            return tmp;
        }

        bool operator!=(const self& it)//传过来的是迭代器类型
        {
            return _node != it._node;
        }

        bool operator==(const self& it)
        {
            return _node == it.node;
        }

    };

 


list本体

你要使用上面的两个类(节点,迭代器) 那么必须对他们重命名 即可使用 (本质上也可以不重命名,只不过名字很长,写起来会很麻烦)   begin和end的两个版本 const和非const版本。 记住,这是有哨兵位的,所以begin返回的是哨兵的下一个,而end是最后一个节点的下一个,也就是head cbegin和cend是自创,非官方库内,这两个是直接使用const的版本,如果是const_begin它必须用函数传参,让它的节点为const才能使用const (不然编译器会默认稳非const版本)而我的是可以直接使用const版本的
        //双向迭代器 
//head是哨兵位  头是哨兵位的下一个  位是哨兵位的上一个
//接受是哨兵位

        //cbegin和cend 是自创 非官方
        const_iterator cbegin() const
        {
            return const_iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator cend() const
        {
            return const_iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator begin() const
        {
            return const_iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator end() const
        {
            return const_iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }
        
        iterator begin()
        {
            return iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        iterator end()
        {
            return iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

 

list的无参构造函数 只需要把当前节点初始化即可(根据穿进来的节点初始化,不是头结点!!)
        list()
        {
            head = new node();
            head->next = head;
            head->prve = head;
        }

 

list的有参构造,用迭代器范围构造 用迭代器的构造,都是要用模版类型
        template<class K>
        list(K cur, K end)
        {
            empty_into();

            while (cur != end)
            {
                push_back(*cur);
                ++cur;
            }
        }

 

empyt_into 用来初始化节点
        void empty_into()
        {
            head = new node();
            head->next = head;
            head->prve = head;
        }

 

swap 交换函数 这个函数是用来交换的,交换两个链表,实际上只需要交换他的哨兵位,就可以。
        void swap(list<T>& lv)//交换数据时 不允许加const!!!
        {
            std::swap(head, lv.head);
        }

 

拷贝构造 传统写法 初始化后,用范围for一个一个的节点拷贝到当前节点内
        ////传统写法
        //list(const list<T>& lv)
        //{
        //    empty_into();//初始化

        //    for (auto e : lv)
        //    {
        //        push_back(e);
        //    }
        //}

 

拷贝构造 现代写法 初始化 创建一个对象,也就是新的链表,去复用构造函数,构造出一个新的链表,然后让当前链表与临时对象交换头节点即可
        //现代写法
        list(const list<T>& lv)
        { 
         empty_into();//初始化

         list<T> tmp(lv.begin(), lv.end());
         swap(tmp);
         }

 

=符号重载 现代写法 不用引用,直接交换他们的数据,并不改变外面的数据 就可以直接得到外面的数据,返回时,时返回这个节点 就是*this
        list<T>& operator=(list<T> lv)
        {
            swap(lv);
            return *this;
        }

 

insert

在某个位置插入某个值

因为这是节点,不存在下标,所以是传迭代器

但这个insert是不存在迭代器失效的问题的

首先创建一个新节点,用来存储要传进来的数据

然后我们用一个新节点记录来存储这个迭代器的位置。

然后用这个节点找到它的前一个节点

接下来就是链接 

 

这个函数为什么不会存在迭代器失效?

因为这个函数是用指针链接,其次他们是没有直接改变pos,pos只是给他们提供位置,内部数据时不会对pos改动的,所以pos不会失效,其次list的结构问题,要插入节点,是创建这个节点的新空间,也就是新地址,不想vector的扩容,是整个顺序表都搬到另一个新空间,所以pos是不存在失效的。本质就是pos并未改动

        void insert(iterator pos, const T& val)
        {
            node* newcapacity = new node(val);
            node* cur = pos._node;
            node* prve = cur->prve;

            //prve newcapacity pos
            prve->next = newcapacity;
            newcapacity->prve = prve;
            newcapacity->next = cur;
            cur->prve = newcapacity;
        }

 

erase

它要删除某个位置,list的结构是链表,所以传的也是迭代器,不存在下标。

但pos不能删除end (end就是head哨兵位)

用一个节点接收这个迭代器的位置,然后利用这个号节点找到它的前后,链接

最后删除这个节点 这时候,这节点是被删除的,也就是pos指向的节点,被删除了,那么pos就指向的个随机值,那你下次++时,指向随机值的迭代器的它++,你能确定它++到哪吗??所以这个迭代器就是失效了,而刚才我们已经有两个节点存储了刚才节点的前后的节点,那么我们的迭代器就更新为删除节点的下一个节点的位置即可,也就是erase删除后,自动++了。

就是返回的是迭代器,因为要对外面的迭代器更新,所以返回值是迭代器类型,但我们存储的是节点啊,所以这个节点要传到迭代器内初始化为迭代器类型,才能返回。

        iterator erase(iterator pos)//返回的是迭代器 用于更新迭代器
        {
            assert(pos != end());
            node* poos = pos._node;
            node* prve = poos->prve;
            node* cur = poos->next;

            prve->next = cur;
            cur->prve = prve;
            delete poos;

            return iterator(cur);
        }

 

push_back

实际就是插入到最后的位置,就可以直接复用insert。最后的位置就是head的上一个位置就是最后的位置

        void pop_back()
        {
            erase(head->prve);
        }

 

push_front

在最开始的位置插入,迭代器就是begin的位置 复用insert即可

void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}

 

pop_back

在最后的位置删除,复用erase即可

        void pop_back()
        {
            erase(head->prve);
        }

 

pop_front

在最前的位置删除,复用erase即可

        void pop_front()
        {
            erase(begin());
        }

 

clear  置空 复用erase全部删除 因为erase删除后,会自动++ 所以不用再外部++ 但没删除时,是需要我们手动++
        //置空
        void clear()
        {
            iterator it = begin();
            while (it != end())
            {
                it = erase(it);
            }
        }

 

  ~list 析构 先复用clear删除全部数据 再删除他的头结点的数据并置空
        //析构
        ~list()
        {
            clear();
            delete[] head;
            head = nullptr;
        }

 

源码

#pragma once
#include<list>
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;


namespace moxuan
{
    template<class T>
    //创建 构造节点的类
    struct _list_node
    {
        _list_node<T>* next;
        _list_node<T>* prve;
        T _val;

        _list_node(const T& val=T())
            :next(nullptr)
            , prve(nullptr)
            ,_val(val)
        {
        }
    };

    template<class T , class Ref , class Ptr>//Ref Ptr 是可以很好的区分const与非const版本
    //通过重命名  通过不同的命名 传过来的参数是不同的 
    struct _list_iterator
    {
        typedef _list_node<T> Node;
        //typedef _list_iterator<T, T&, T*> self;//这里要传 Ref 和 Ptr  不然const版本没有函数可以返回 
        typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;//这里要传 Ref 和 Ptr  不然const版本没有函数可以返回 
        Node* _node;//接收节点

        _list_iterator(Node* node)
            :_node(node)
        {}

        Ref operator*()//*重载 不需要传参数
        {
            return _node->_val;
        }

        Ptr operator->()
        {
            //return &(operaotr*());
            return &_node->_val;
        }

        self& operator++()//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            _node = _node->next;
            return *this;
        }

        self operator++(int)//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            self tmp(*this);
            _node = _node->next;
            return tmp;
        }

        self& operator--()//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            _node = _node->prve;
            return _node;
        }

        self operator--(int)//++后 返回的是迭代器类型   因为node是*类型  所以_list_iterator不能加引用
        {
            self tmp(*this);
            _node = _node->prve;
            return tmp;
        }

        bool operator!=(const self& it)//传过来的是迭代器类型
        {
            return _node != it._node;
        }

        bool operator==(const self& it)
        {
            return _node == it.node;
        }

    };


    template<class T>
    class list
    {
    public:
        typedef _list_node<T> node;
        typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
        typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//根据名字不同 传过去的const和非const不同
        //两个版本的T 都不允许加const 因为 构造时 是T 而传给迭代器时 是const T 是不同的,无法相互交融,报错
        //通过重命名  通过不同的命名 传过来的参数是不同的 

        //双向迭代器 
//head是哨兵位  头是哨兵位的下一个  位是哨兵位的上一个
//接受是哨兵位

        //cbegin和cend 是自创 非官方
        const_iterator cbegin() const
        {
            return const_iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator cend() const
        {
            return const_iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator begin() const
        {
            return const_iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        const_iterator end() const
        {
            return const_iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }
        
        iterator begin()
        {
            return iterator(head->next);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        iterator end()
        {
            return iterator(head);//返回的是迭代器 所以要创建迭代器再返回
        }

        list()
        {
            head = new node();
            head->next = head;
            head->prve = head;
        }

        void insert(iterator pos, const T& val)
        {
            node* newcapacity = new node(val);
            node* cur = pos._node;
            node* prve = cur->prve;

            //prve newcapacity pos
            prve->next = newcapacity;
            newcapacity->prve = prve;
            newcapacity->next = cur;
            cur->prve = newcapacity;
        }

        iterator erase(iterator pos)//返回的是迭代器 用于更新迭代器
        {
            assert(pos != end());
            node* poos = pos._node;
            node* prve = poos->prve;
            node* cur = poos->next;

            prve->next = cur;
            cur->prve = prve;
            delete poos;

            return iterator(cur);
        }

        //找到尾节点
        //创建新节点
        //链接
        void push_back(const T& val)
        {
            ////找节点和创建节点
            //node* tail = head->prve;
            //node* newnode = new node(val);

            ////链接
            //tail->next = newnode;
            //newnode->prve = tail;
            //newnode->next = head;
            //head->prve = newnode;

            insert(end()--, val);
        }

        void push_front(const T& val)
        {
            insert(begin(), val);
        }

        void pop_back()
        {
            erase(head->prve);
        }

        void pop_front()
        {
            erase(begin());
        }

        //置空
        void clear()
        {
            iterator it = begin();
            while (it != end())
            {
                it = erase(it);
            }
        }

        //析构
        ~list()
        {
            clear();
            delete[] head;
            head = nullptr;
        }

        void empty_into()
        {
            head = new node();
            head->next = head;
            head->prve = head;
        }


        template<class K>
        list(K cur, K end)
        {
            empty_into();

            while (cur != end)
            {
                push_back(*cur);
                ++cur;
            }
        }

        void swap(list<T>& lv)//交换数据时 不允许加const!!!
        {
            std::swap(head, lv.head);
        }

        ////传统写法
        //list(const list<T>& lv)
        //{
        //    empty_into();//初始化

        //    for (auto e : lv)
        //    {
        //        push_back(e);
        //    }
        //}

        //现代写法
        list(const list<T>& lv)
        { 
         empty_into();//初始化

         list<T> tmp(lv.begin(), lv.end());
         swap(tmp);
         }

        list<T>& operator=(list<T> lv)
        {
            swap(lv);
            return *this;
        }

    private:
        node* head;//创建头节点
    };

 

测试代码

    void test1()
    {
        list<int> lv;
        lv.push_back(1);
        lv.push_back(2);
        lv.push_back(3);
        lv.push_back(4);
        lv.push_back(5);
        lv.push_back(6);

        list<int>::iterator it = lv.begin();
        while (it != lv.end())
        {
            cout << *it << " ";
            ++it;
        }
    }

    struct AA
    {
        AA(int a=0, int b=0) // 传的是结构体  类型必须有缺省值
            :a(a)
            , b(b)
        {
        }

        int a;
        int b;
    };

    void print_list(const list<int>& lv)
    {
        list<int>::const_iterator it2 = lv.begin();
        while (it2 != lv.end())
        {
            //*it2 = 10;
            cout << *it2 << " ";
            ++it2;
        }
        cout << endl;
    }

    void test2()
    {
        list<AA> lb; //传的是结构体  类型必须有缺省值
        lb.push_back(AA(1, 1));
        lb.push_back(AA(2, 2));
        lb.push_back(AA(3, 3));
        lb.push_back(AA(4, 4));

        list<AA>::iterator it1 = lb.begin();
        while (it1 != lb.end())
        {
            cout << it1->a << " " << it1->b << endl;
            ++it1;
        }

        list<int> lv;
        lv.push_back(1);
        lv.push_back(2);
        lv.push_back(3);
        lv.push_back(4);
        //想调用const版本 需要对这个lv成员传参 定义成const 才能调用得到 不然begin是默认为非const版本
        //也可以直接写cbegin cend 让他不用传参 也可以直接调用const版本 (自创 非官方)
        list<int>::const_iterator it2 = lv.cbegin();
        while (it2 != lv.cend())
        {
            //*it2 = 10;
            cout << *it2 << " ";
            ++it2;
        }
        cout << endl;

        print_list(lv);
    }

    void test3()
    {
        list<int> ls;
        ls.push_back(1);
        ls.push_back(2);
        ls.push_back(3);
        ls.push_back(4);
        list<int>::iterator it = ls.begin();
        //while (it != ls.end())
        //{
        //    if (*it % 2 == 0)
        //    {
        //        ls.insert(it, 100);
        //    }
        //    ++it;
        //}
        //for (auto e : ls)
        //{
        //    cout << e << " ";
        //}
        //cout << endl;

        //list<int>::iterator it1 = ls.begin();
        //while (it1 != ls.end())
        //{
        //    if (*it1 % 2 == 0)
        //    {
        //        it1=ls.erase(it1);//erase会造成迭代器失效 所以需要更新迭代器 并且迭代器返回的是pos的下一个位置,所以不用++
        //    }
        //    else
        //    {
        //        ++it1;
        //    }
        //}
        ls.push_front(1);
        ls.push_front(2);
        ls.push_front(3);
        ls.push_front(4);

        ls.pop_back();
        ls.pop_back();
        ls.pop_front();
        ls.pop_front();

        for (auto e : ls)
        {
            cout << e << " ";
        }
    }

    void test4()
    {
        list<int> lt;
        lt.push_back(1);
        lt.push_back(2);
        lt.push_back(3);
        lt.push_back(4);

        list<int> iv(lt);
        list<int> io(iv.begin(), iv.end());
        list<int> ip = iv;
        for (auto e : lt)
        {
            cout << e << " ";
        }
        cout << endl;
        for (auto e : io)
        {
            cout << e << " ";
        }
        cout << endl;
        for (auto e : iv)
        {
            cout << e << " ";
        }
        cout << endl;
        for (auto e : ip)
        {
            cout << e << " ";
        }
        cout << endl;
    }

 

这些就是本篇的全部内容,感谢您能观看到到这,如有问题可以私信或者评论。感谢您的观看!

标签:node,head,const,iterator,迭代,实现,list,底层
From: https://www.cnblogs.com/LonelyMoNan/p/16650858.html

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