C/C++ 入门（10）list类（STL）-编程知识

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一、标准库中的list

1、了解

list：是一个双向带头循环链表，不支持随机访问（即下标访问），任意位置的插入删除效率高。

2、常用接口说明

a.常见的构造函数

list的构造函数
构造函数	接口说明
list(size_t n, const T& val = t())	构造n个值为val的list
list()	构造空的list
list(const list& x)	拷贝构造
list(iterator first, iterator second)	用[first， second)构造list

b.迭代器

迭代器可以看作是一个指向节点的指针。

（rbegin和rend是反向迭代器，rbegin是指向了链表的尾部，rend是指向了链表的头部）

注意：

begin，进行++操作是往后面走。

rbegin，进行++操作是往前面走。

c. Capacity

d.Element access

e.Modifiers

二、实现

老规矩，我们还是先对结构进行分析。

链表：除了一些对链表的基本操作之外，还需要有迭代器和节点。

1、框架

#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;// 开辟一个自己的命名空间
namespace my
{// 链表节点// 迭代器// 链表
}

a.节点

// 链表节点
template<class T>
struct ListNode
{ListNode<T>* _prev;ListNode<T>* _next;T val;// 缺省参数，如果没有传参的话，默认是T类型的无参构造// 这样做是为了防止T是一个自定义类型ListNode(const T& e = T()):_prev(nullptr),_next(nullptr),val(e){}
};

b.迭代器

其实这样的迭代器是不完整的，我们在后面会对其进行扩展。

template<class T>
struct NodeIterator
{// 对于节点和迭代器的重命名，方便书写typedef ListNode<T> Node;// 节点	typedef NodeIterator<T> Self; // 迭代器Node* _node;// 迭代器是用节点的指针来进行构造的NodeIterator(Node* node):_node(node){}
};

c.链表

// 链表
// list是一个带头双向循环链表
template<class T>
class list
{typedef ListNode<T> Node;// 节点
public:typedef NodeIterator<T, T&, T*> iterator;// 迭代器
private:Node* _head;// 链表的头部size_t _size;// 链表的长度
};

2、节点

其实节点这部分没有什么可以讲解的。唯一一个要理解的就是这个（const T& e = T()）。

//const T& e = T()
// 首先T()是一个匿名对象的写法
// 为什么我们需要用到一个匿名对象，而不是一个const T& e = 值？
// 1、我们不知道T是什么类型，不知道值可以设成一个什么类型的值
// 2、如果我们设置成一个内置类型，而T是一个自定义类型的话，类型不匹配
ListNode(const T& e = T()):_prev(nullptr),_next(nullptr),val(e){}

3、迭代器

我之前框架里所写的就是老版本的迭代器。

新版本里面的迭代器主要添加了两个新的模板变量（Ref，Ptr），引入的这两个变量是对解引用和引用的重写。

思考题：怎么写const版本的迭代器呢？

答：新版本写法的迭代器可以直接这么写（以int为例）：

NodeIterator<int, const int&, const int*>

思考题：反向迭代器怎么实现的？

标准库里面的begin()和end() 与 rbegin()和rend()采用的是对称法。

// 迭代器
// 新版本
// 链表迭代器：模仿指针的行为
// Ref:引用，Ptr指针
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct NodeIterator
{typedef ListNode<T> Node;// 节点	typedef NodeIterator<T, Ref, Ptr> Self; // 迭代器Node* _node;NodeIterator(Node* node):_node(node){}// 前置++Self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;   }// 后置++Self& operator++(int){Self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp; }// 前置--Self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}// 后置--Self& operator--(int){Self tmp(_node);_node = _node->_prev;return tmp;}// 解引用Ref operator*(){return _node->val;}// -> Ptr operator->(){return &_node->val;}// ==bool operator==(const Self& s){return _node == s._node;}// !=bool operator!=(const Self& s){return !(*this == s); }
};老版本：缺点：无法实现const的迭代器链表迭代器：模仿指针的行为
//template<class T>
//struct NodeIterator
//{
//	typedef ListNode<T> Node;// 节点
//	typedef NodeIterator<T> Self; // 迭代器
//
//	Node* _node;
//
//	NodeIterator(Node* node)
//		:_node(node)
//	{}
//	// 前置++
//	Self& operator++()
//	{
//		_node = _node->_next;
//		return *this;   
//	}
//	// 后置++
//	Self& operator++(int)
//	{
//		Self tmp(*this);
//		_node = _node->_next;
//		return tmp; 
//	}
//	// 前置--
//	Self& operator--()
//	{
//		_node = _node->_prev;
//		return *this;
//	}
//	// 后置--
//	Self& operator--(int)
//	{
//		Self tmp(_node);
//		_node = _node->_prev;
//		return tmp;
//	}
//	// 解引用
//	T& operator*()
//	{
//		return _node->val;
//	}
//	// ==
//	bool operator==(const Self& s)
//	{
//		return _node == s._node;
//	}
//	// !=
//	bool operator!=(const Self& s)
//	{
//		return !(*this == s); 
//	}
//
//	// -> 
//	T* operator->()
//	{
//		return &_node->val;
//	}
//};

// 反向迭代器
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;Iterator _it;Reverse_iterator(Iterator it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp(_it);return *( -- tmp);}Ptr operator->(){//return &_it.operator->();return &(_it.operator*());}Self& operator++(){_it -- ;return *this;}Self& operator--(){_it ++;return *this;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}
};

4、链表

// 链表
template<class T>
class list
{typedef ListNode<T> Node;
public:typedef NodeIterator<T, T&, T*> iterator;typedef NodeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;// 构造函数list ():_size(0){_head = new Node;_head -> _next = _head;_head -> _prev = _head;}list (size_t n, const T& val = T()):_size(0){_head = new Node;_head -> _next = _head;_head -> _prev = _head;for (size_t i = 0; i < n; i ++ ){push_back(val);}}list (list<T>& x):_size(0){_head = new Node;_head -> _next = _head;_head -> _prev = _head;iterator it = x.begin();while (it != x.end()){push_back(*it);it ++ ;}}list (iterator first, iterator last):_size(0){_head = new Node;_head -> _next = _head;_head -> _prev = _head;iterator it = first;while (it != last){insert(end(), *it);it ++ ;}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}// 访问// const版本的迭代器，迭代器的指向的内容不能被修改// 1、自己单独实现一个const版本的迭代器// 2、将const和非const合成一个，通过模板参数进行控制const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}iterator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}// list capacitybool empty(){return _size == 0;}size_t size(){return _size;}// list element accessT& front(){return *begin();}T& back(){return *end();}// list modifiers/*void push_back(const T& val){Node* tmp = new Node;tmp -> val = val;Node* tail = _head -> _prev;tmp->_next = tail->_next;tail->_next = tmp;tmp->_prev = tail;_head->_prev = tmp;_size ++ ;}*/void push_back(const T& val){insert(end(), val);}void push_front(const T& val){insert(begin(), val);}iterator insert (iterator position, const T& val){Node* tmp = new Node(val);tmp->_next = position._node;tmp->_prev = position._node->_prev;position._node->_prev->_next = tmp;position._node->_prev = tmp;_size ++ ;return iterator(tmp);}void pop_back(){erase( -- end());}void pop_front(){erase(begin());}iterator erase (iterator position){iterator tmp(position._node->_next);position._node->_prev->_next = position._node->_next;position._node->_next->_prev = position._node->_prev;delete position._node;_size -- ;return tmp;}void clear(){while (_size){erase(begin());}}void swap(list& l){std::swap(_head, l._head);std::swap(_size, l._size);}private:Node* _head;size_t _size;
};