【C++从0到王者】第十五站:list源码分析及手把手教你写一个list(下)

简介: 【C++从0到王者】第十五站:list源码分析及手把手教你写一个list

8.list的insert、erase等接口

当我们实现了迭代器以后,剩余的接口其实就很简单了,与C语言中list的实现是一模一样的。

void push_back(const T& val)
    {
      //insert(end(), val);
      Node* newnode = new Node(val);
      Node* tail = _head->_prev;
      tail->_next = newnode;
      newnode->_prev = tail;
      newnode->_next = _head;
      _head->_prev = newnode;
    }
    void push_front(const T& val)
    {
      insert(begin(), val);
    }
    void pop_back()
    {
      erase(--end());
    }
    void pop_front()
    {
      erase(begin());
    }
    iterator insert(iterator pos, const T& val)
    {
      Node* newnode = new Node(val);
      Node* cur = pos._node;
      Node* prev = cur->_prev;
      prev->_next = newnode;
      newnode->_prev = prev;
      newnode->_next = cur;
      cur->_prev = newnode;
      return newnode;
    }
    iterator erase(iterator pos)
    {
      assert(pos != end());
      Node* cur = pos._node;
      Node* prev = cur->_prev;
      Node* next = cur->_next;
      delete cur;
      cur = nullptr;
      prev->_next = next;
      next->_prev = prev;
      return next;
    }

9.size

对于这个size,我们有两种方法,第一种如下所示,我们直接遍历统计。这样时间复杂度是O(N)

size_t size()
    {
      size_t sz = 0;
      iterator it = begin();
      while (it != end())
      {
        it++;
        sz++;
      }
      return sz;
    }

还有一种方法是增加一个私有成员变量_size,当插入数据的时候加一,当删除数据的时候减一即可。还有构造函数我们也需要初始化一下这个_size。

这样一来,我们只需要将前面的代码都给修改一下即可。

10.list的clear

对于clear,我们直接复用前面的接口即可。

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

11.list的析构函数

析构函数也是很简单的,析构和clear的区别就是析构会删除头节点,而clear不会删除头节点。

~list()
    {
      clear();
      delete _head;
      _head = nullptr;
    }

12.list拷贝构造函数

我们这里已经涉及到资源的申请与释放了,所以我们必须得构造一个深拷贝构造函数

list(const list<T>& lt)
    {
      _head = new Node;
      _head->_next = _head;
      _head->_prev = _head;
      _size = 0;
      for (auto& e : lt)
      {
        push_back(e);
      }
    }

当然在这里我们可能会觉得拷贝构造和默认构造有点重复了。我们可以对前面重复的部分在封装一个函数,从而简化代码

void empty_init()
    {
      _head = new Node;
      _head->_next = _head;
      _head->_prev = _head;
      _size = 0;
    }
    list()
    {
      //_head = new Node;
      //_head->_next = _head;
      //_head->_prev = _head;
      //_size = 0;
      empty_init();
    }
    list(const list<T>& lt)
    {
      //_head = new Node;
      //_head->_next = _head;
      //_head->_prev = _head;
      //_size = 0;
      empty_init();
      for (auto& e : lt)
      {
        push_back(e);
      }
    }

13.赋值运算符重载

如下所示,这个也是比较简单,我们直接使用现代写法即可

void swap(list<T>& lt)
    {
      std::swap(_head, lt._head);
      std::swap(_size, lt._size);
    }
    list<T>& operator=(list<T> lt)
    {
      swap(lt);
      return *this;
    }

这里我们还有一个东西需要注意的是

我们也许会发现,库里面的函数返回值和形参写的是类名,而不是类型

这个的话,是因为在类模板里面写成员函数的时候,是允许用类名代替类型的。

即我们的代码下面这些部分可以直接换为类名,但是呢,这里不建议使用,因为会降低可读性。

14. 测试代码

我们现在用如下的代码可以测试出以上的全部函数的使用

void test3()
  {
    list<int> lt;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);
    lt.push_back(5);
    list<int>::iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << *it << " ";
      ++it;
    }
    cout << endl;
    lt.push_front(6);
    lt.push_front(7);
    lt.push_front(8);
    lt.push_front(9);
    lt.push_front(10);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    Print(lt);
    cout << lt.size() << endl;
    lt.clear();
    cout << lt.size() << endl;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);
    lt.push_back(5);
    it = lt.begin();
    it++;
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    it = lt.insert(it, 100);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    it--;
    it = lt.insert(it, 200);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    ++it;
    it = lt.insert(it, 300);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    --it;
    it = lt.erase(it);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    lt.pop_back();
    lt.pop_front();
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    list<int> lt2;
    lt2.push_back(1);
    lt2 = lt;
    for (auto e : lt2)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }

经测试,运行结果正常

三、模拟list类的全部代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<list>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace Sim
{
  template<class T>
  struct list_node
  {
    list_node<T>* _next;
    list_node<T>* _prev;
    T _val;
    list_node(const T& val = T())
      :_next(nullptr)
      ,_prev(nullptr)
      ,_val(val)
    {}
  };
  template<class T, class Ref, class Ptr>
  struct __list_iterator
  {
    typedef list_node<T> Node;
    typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
    Node* _node;
    __list_iterator(Node* node)
      :_node(node)
    {}
    Ref operator*()
    {
      return _node->_val;
    }
    Ptr operator->()
    {
      return &_node->_val;
    }
    self& operator++()
    {
      _node = _node->_next;
      return *this;
    }
    self operator++(int)
    {
      self tmp(*this);
      _node = _node->_next;
      return tmp;
    }
    self& operator--()
    {
      _node = _node->_prev;
      return *this;
    }
    self operator--(int)
    {
      self tmp(*this);
      _node = _node->_prev;
      return tmp;
    }
    bool operator!=(const self & it) const
    {
      return _node != it._node;
    }
    bool operator==(const self & it) const
    {
      return _node == it._node;
    }
  };
  //template<class T>
  //struct __list_const_iterator
  //{
  //  typedef list_node<T> Node;
  //  Node* _node;
  //  __list_const_iterator(Node* node)
  //    :_node(node)
  //  {}
  //  const T& operator*() 
  //  {
  //    return _node->_val;
  //  }
  //  __list_const_iterator<T>& operator++() 
  //  {
  //    _node = _node->_next;
  //    return *this;
  //  }
  //  __list_const_iterator<T> operator++(int) 
  //  {
  //    __list_const_iterator<T> tmp(*this);
  //    _node = _node->_next;
  //    return tmp;
  //  }
  //  bool operator!=(const __list_const_iterator<T>& it) 
  //  {
  //    return _node != it._node;
  //  }
  //  bool operator==(const __list_const_iterator<T>& it) 
  //  {
  //    return _node == it._node;
  //  }
  //};
  template<class T>
  class list
  {
    typedef list_node<T> Node;
  public:
    typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
    //typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;
    typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
    iterator begin()
    {
      //return _head->_next //单参数的构造函数支持隐式类型转换
      return iterator(_head->_next);
    }
    iterator end()
    {
      return iterator(_head);
    }
    const_iterator begin() const
    {
      //return _head->_next //单参数的构造函数支持隐式类型转换
      return const_iterator(_head->_next);
    }
    const_iterator end() const
    {
      return const_iterator(_head);
    }
    void empty_init()
    {
      _head = new Node;
      _head->_next = _head;
      _head->_prev = _head;
      _size = 0;
    }
    list()
    {
      //_head = new Node;
      //_head->_next = _head;
      //_head->_prev = _head;
      //_size = 0;
      empty_init();
    }
    list(const list<T>& lt)
    {
      //_head = new Node;
      //_head->_next = _head;
      //_head->_prev = _head;
      //_size = 0;
      empty_init();
      for (auto& e : lt)
      {
        push_back(e);
      }
    }
    void swap(list<T>& lt)
    {
      std::swap(_head, lt._head);
      std::swap(_size, lt._size);
    }
    list<T>& operator=(list<T> lt)
    {
      swap(lt);
      return *this;
    }
    void push_back(const T& val)
    {
      insert(end(), val);
      //Node* newnode = new Node(val);
      //Node* tail = _head->_prev;
      //tail->_next = newnode;
      //newnode->_prev = tail;
      //newnode->_next = _head;
      //_head->_prev = newnode;
    }
    void push_front(const T& val)
    {
      insert(begin(), val);
    }
    void pop_back()
    {
      erase(--end());
    }
    void pop_front()
    {
      erase(begin());
    }
    iterator insert(iterator pos, const T& val)
    {
      Node* newnode = new Node(val);
      Node* cur = pos._node;
      Node* prev = cur->_prev;
      prev->_next = newnode;
      newnode->_prev = prev;
      newnode->_next = cur;
      cur->_prev = newnode;
      ++_size;
      return newnode;
    }
    iterator erase(iterator pos)
    {
      assert(pos != end());
      Node* cur = pos._node;
      Node* prev = cur->_prev;
      Node* next = cur->_next;
      delete cur;
      cur = nullptr;
      prev->_next = next;
      next->_prev = prev;
      --_size;
      return next;
    }
    size_t size()
    {
      //size_t sz = 0;
      //iterator it = begin();
      //while (it != end())
      //{
      //  it++;
      //  sz++;
      //}
      //return sz;
      return _size;
    }
    ~list()
    {
      clear();
      delete _head;
      _head = nullptr;
    }
    void clear()
    {
      iterator it = begin();
      while (it != end())
      {
        it = erase(it);
      }
    }
  private:
    Node* _head;
    size_t _size;
  };
  void Print(const list<int> lt)
  {
    list<int>::const_iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << (*it) << " ";
      ++it;
    }
    cout << endl;
  }
  void test1()
  {
    list<int> lt;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);
    lt.push_back(5);
    list<int>::iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << *it << " ";
      ++it;
    }
    cout << endl;
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    Print(lt);
  }
  struct A
  {
    A(int a = 0, int b = 0)
      :_a(a)
      ,_b(b)
    {}
    int _a;
    int _b;
  };
  void Print(const list<A>& lt)
  {
    list<A>::const_iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << it->_a << " ";
      it++;
    }
    cout << endl;
  }
  void test2()
  {
    list<A> lt;
    lt.push_back(A(1, 1));
    lt.push_back(A(2, 2));
    lt.push_back(A(3, 3));
    lt.push_back(A(4, 4));
    lt.push_back(A(5, 5));
    cout << lt.size() << endl;
    lt.clear();
    cout << lt.size() << endl;
    list<A>::iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << it->_a << " ";
      it++;
    }
    cout << endl;
    Print(lt);
  }
  void test3()
  {
    list<int> lt;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);
    lt.push_back(5);
    list<int>::iterator it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
      cout << *it << " ";
      ++it;
    }
    cout << endl;
    lt.push_front(6);
    lt.push_front(7);
    lt.push_front(8);
    lt.push_front(9);
    lt.push_front(10);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    Print(lt);
    cout << lt.size() << endl;
    lt.clear();
    cout << lt.size() << endl;
    lt.push_back(1);
    lt.push_back(2);
    lt.push_back(3);
    lt.push_back(4);
    lt.push_back(5);
    it = lt.begin();
    it++;
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    it = lt.insert(it, 100);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    it--;
    it = lt.insert(it, 200);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    ++it;
    it = lt.insert(it, 300);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    --it;
    it = lt.erase(it);
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    lt.pop_back();
    lt.pop_front();
    for (auto e : lt)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    list<int> lt2;
    lt2.push_back(1);
    lt2 = lt;
    for (auto e : lt2)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }
}

好了,本节内容就到这里了

本节内容难度稍大,希望读者可以好好阅读。有不懂的可以及时私聊博主解答疑惑

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