> 作者简介：დ旧言~，目前大二，现在学习Java，c，c++，Python等
> 座右铭：松树千年终是朽，槿花一日自为荣。
> 目标：能手撕list模拟
> 毒鸡汤：不为模糊不清的未来过分担忧，只为清清楚楚的现在奋发图强。
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🌟前言
前面我们已经学习了list的相关知识点，必然我们要简单的模拟一下，模拟list类比较复杂，里面掺杂了我们学习双链表的知识点，对模板的使用更加复杂，还有对c++类和对象的知识点使用起来更杂。对上面知识点忘了的小伙伴们大家先去巩固巩固，学习list那就更加轻松，那咱们走起。
⭐主体
这里我们就不分解成三文件啦，这里就创建两个文件List.h（头文件），Test.c（测试代码文件）
🌙list基本框架结构
list为任意位置插入删除的容器，底层为带头双向循环链表：
模拟实现list，要实现下列三个类：
①、模拟实现结点类
②、模拟实现迭代器的类
③、模拟list主要功能的类
🌙list的结点的实现
list为任意位置插入删除的容器，底层为带头双向循环链表，所以每个结点都需有以下成员：
- 前驱指针
- 后继指针
- data值存放数据
结点类本质上是一个初始化函数，在list类中只需要一个构造函数就行。
// 初始化（结点类） template<class T> // 模板 struct ListNode { // 定义两个指针 ListNode<T>* _next; // 前驱指针 ListNode<T>* _prev; // 后驱指针 // 存储节点值 T _data; // 初始化列表(构造函数) ListNode(const T& x = T()) :_next(nullptr) ,_prev(nullptr) ,_data(x) {} };
问题解剖：为什么是ListNode<T>？？？
首先，C++中用struct定义时可不加struct，重点是这里用了一个类模板，类模板的类名不是真正的类型且类模板不支持自动推类型，即ListNode不是真正的类型，定义变量时ListNode<T>这种才是真正的类型，也就是用类模板定义变量时必须 指定对应的类型 。 注：结构体模板或类模板在定义时可以不加 <T>，但使用时必须加 <T>。
🌙list的迭代器类的实现
- 链表的物理空间是不连续的，是通过结点的指针顺次链接。
- 不能像先前的string和vector一样直接解引用去访问其数据，
- 结点的指针解引用还是结点，结点指针++还是结点指针，
- 在string和vector的物理空间是连续的，所以这俩不需要实现迭代器类，可以直接使用。
为了能让list像vector一样解引用后访问对应节点中的值，++访问到下一个数据，我们需要单独写一个迭代器类的接口实现，在其内部进行封装补齐相应的功能，而这就要借助运算符重载来完成。
💫基本框架
框架结构：
template<class T,class Ref,class Ptr> struct __list_iterator { typedef __list_node<T> Node; typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self; Node* _node; }
①、迭代器类模板为什么有三个参数？
- 普通迭代器的话，一个class T参数就够了，由于const迭代器原因，需要加两个参数
- 两个参数名Ref（reference:引用）和Ptr（pointer:指针）
②、迭代器类是什么？
- 迭代器类就一个节点的指针变量_node，但是因为我们要运算符重载等一系列操作，不得不把list的迭代器写成类，完成那些操作，list的迭代器才能正确的++到下一位置，解引用访问节点的值
③、节点指针和迭代器的区别？
- Node* cur（节点指针） 和 iterator it（迭代器），它们指向同一个节点，它们的物理地址是一样的，但是它们的类型不同。
- *cur是一个指针的解引用，取到的值是节点。
- *it是去调用迭代器的operator*，返回值是节点中存的值。
- 类型决定了对空间的解释权。
💫构造函数
迭代器的构造函数只需要一个指针构造就行：
// 构造函数（初始化） _list_iterator(Node* x) :_node(x) {}
💫operator*
*it（调用的是函数，返回节点中的值）：
// *it，返回节点的值 Ref operator*() { return _node->_data; }
问题解剖：返回值为什么是 Ref ???
- Ref是模板参数，因为迭代器类的模板参数Ref传入的要么是T&要么是const T&
- 为了const迭代器和普通迭代器的同时实现，意义就是一个只读，一个可读可写
注：比如之前讲的vector的迭代器，*it（假设it是迭代器变量）就是拿到对应的值，那么list的迭代器也要同理，解引用迭代器就是为了访问对应位置的值，那么list只要通过迭代器返回对应节点的值就好了（*it，我们是就想要对应的值）
💫operator->
// 返回节点值 Ptr operator->() { return &_node->data; }
问题解剖：为什么需要operator->？
- list存了个自定义类型的Date类，程序错误，因为我们并没有重载Date类的operator<<
若是内置类型的话才可以正常输出，那写一个operator<<重载吗？不，因为你无法确定要用哪些类，也不能每个类都写operator<<，那怎么办？我们访问Date类本质是想访问它内置类型（int）的_year、_month和_day吧，那我们不妨写个专属于自定义类型的operator->（因为内置类型只需要*it就可以直接输出了，但自定义类型不可以直接输出）
- 利用operator->直接访问类的成员变量，而内置类型可以直接输出
故从根源上解决问题： 在迭代器中实现个operator->：
（Ptr是迭代器的模板参数，我们用来作为T*或const T*的）
💫operator前置++--与后置++--
代码实现：
// ++it self& operator++() { _node = _node->_next; // 返回节点 return *this; } // it++ self operator++(int) { // 拷贝 self tmp(*this); // 向后走一个节点 _node = _node->_next; // 返回 return tmp; } // --it self& operator--() { _node = _node->_prev; // 返回节点 return *this; } // it-- self operator--(int) { // 拷贝 self tmp(*this); // 向前走一个节点 _node = _node->prev; // 返回 return tmp; }
问题解剖：迭代器++对于list是什么意思？？？
- 迭代器++的意思就是想让其指向下一个节点
- --正好相反，为了区分前置和后置++（--），
- 我们会用函数重载，也就是多一个'没用的'参数：int，这个参数没什么用，只是为了区分++与--
💫operator==和operator!=
代码实现：
// 判断 bool operator!=(const self& s) { return _node != s._node; } // 判断 bool operator==(const self& s) { return _node == s._node; }
问题解剖：两个迭代器怎么比较的？？？
- 迭代器中就一个成员变量_node，节点指针，只要比较当前的节点指针是否相同即可
- 这个操作在判断迭代器是否走到头有用（比如 it != s.end()）
问题：迭代器的拷贝构造和赋值和析构函数需我们自己实现吗？
答：不需要
- 因为迭代器存的就是一个节点指针，而节点是属于链表list的，那么它的释放应由list来实现，那么迭代器的析构也无需我们自己写了。
- 拷贝构造和赋值就是节点指针的拷贝和赋值，即使指向同一节点了，迭代器也不会析构，而list的析构到时候只会释放这个节点一次，不存在什么问题，即我们无需深拷贝，使用系统提供的浅拷贝即可。
🌙list类的实现
在结点类和迭代器类都实现的前提下，就可实现list主要功能：增删等操作的实现。
💫基本框架
框架结构：
//3、链表类 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; private: Node* _head;//头结点 }
问题解剖：const_iterator(const迭代器的介绍)
- 我们知道const_iterator在begin()和end()中的返回值是需要用到的
- 其主要作用就是当迭代器只读时使用
- 普通迭代器和const迭代器的实现区别仅仅在于内部成员函数的返回值不同
- 一个是引用class Ref（T&或const T&），一个是指针class Ptr（T*或const T*）
- 当Ref时const T&就是const迭代器的调用，当Ref时T& 时就是普通迭代器的调用
💫构造函数
框架结构：
// 初始化函数 void empty_init() { _head = new Node; _head->_next = _head; _head->_prev = _head; } // 构造函数 list() // 1. { empty_init(); }
解释：我们开辟一个头结点，这里就是一个循环双向链表。
begin和end
代码实现：
// 找头,这里有哨兵位 iterator begin() { return _head->_next; } // 找尾，哨兵位就是尾 iterator end() { return _head; } //const类 const_iterator begin() const { return _head->_next; } const_iterator end() const { return _head; }
💫拷贝构造
代码实现：
传统写法：
//拷贝构造：传统写法 list(const list<T>& lt) { _head = new Node;//开辟一样的头结点 _head->_next = _head; _head->_prev = _head; //1、用迭代器遍历 /*const_iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { push_back(*it); ++it; }*/ //2、范围for遍历 //遍历lt1，把lt1的元素push_back到lt2里头 for (auto e : lt) { push_back(e);//自动开辟新空间，完成深拷贝 } }
解释：list的拷贝构造跟vector不同，它的拷贝是拷贝一个个节点（因为不连续的物理空间）， 那么我们可以用迭代器拿到list的一个个节点【上面是传统写法】
现代写法：
template<class InputIterator> list(InputIterator first, InputIterator last) { _head = new Node(); _head->_next = _head; _head->_prev = _head; while (first != last) { push_back(*first); first++; } } /* 拷贝构造（现代写法）：L2(L1) */ list(const list<T>& L) { _head = new Node(); _head->_next = _head; _head->_prev = _head; list<T> tmp(L.begin(), L.end()); swap(_head, tmp._head); // 交换两个结点的指针 }
💫clear函数
代码实现：
// 销毁函数 void clear() { // 找头 iterator it = begin(); // 循环 while (it != end()) { it = erase(it); } }
问题解剖：it = erase(it)什么意思？？？
防止迭代器失效，因为erase返回的是被删除位置的下一位置，比如删除pos位置的，pos位置被删除后，这个位置的迭代器就失效了，那就无法通过++找到后面的位置了，所以我们通过erase返回值来更新一下迭代器位置，即更新到被删除位置的下一位置
💫operator=
代码实现：
//赋值运算符重载（传统写法） //lt1 = lt3 //list<T>& operator=(const list<T>& lt) //{ // if (this != <) // { // clear();//先释放lt1 // for (auto e : lt) // push_back(e); // } // return *this; //} //赋值运算符重载（现代写法） // 赋值运算重载 list<T>& operator=(list<T> lt) { swap(lt); return *this; }
注释：套用传值传参拷贝构造完成深拷贝
💫析构函数
代码实现：
// 析构函数 ~list() { clear(); delete _head;//删除除头结点以外的节点 _head = nullptr;//删去哨兵位头结点 }
💫insert函数
代码实现：
// insert插入函数 iterator insert(iterator pos, const T& x) { Node* cur = pos._node; // 迭代器pos处的结点指针 Node* prev = cur->_prev; Node* newnode = new Node(x); // 创建新的结点 // prev newnode cur prev->_next = newnode; newnode->_prev = prev; newnode->_next = cur; cur->_prev = newnode; //return iterator(newnode); return newnode; }
问题解剖：返回参数为什么是iterator？？？本质是为了防止迭代器失效问题
注：insert指的是插入到指定位置的前面
💫push_back 和 push_front
代码实现：
// 调用插入函数，尾插 void push_back(const T& x) { insert(end(), x); } // 调用插入函数，头插 void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); }
💫erase函数
代码实现：
//erase iterator erase(iterator pos) { assert(pos != end()); Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; Node* next = cur->_next; //prev cur next //链接prev和next prev->_next = next; next->_prev = prev; //delete删去结点,因为每一个节点都是动态开辟出来的 delete cur; //返回被删除元素后一个元素的迭代器位置 //return next; return iterator(next); }
问题剖析：返回值问题？？？
erase的返回值，返回的是被删除位置的下一位置，库里面这么规定的，本质是因为删除元素一定会导致此位置的迭代器失效，故返回被删除位置的下一次位置可以更新迭代器。
💫pop_back 和 pop_front
代码实现：
// 调用删除函数，尾删 void pop_back() { erase(--end()); } // 调用删除函数，头删 void pop_front() { erase(begin()); }
🌙完整源代码
list.h:
#pragma once #include<assert.h> #include<iostream> namespace lyk { // 初始化 template<class T> // 模板 struct ListNode { // 定义两个指针 ListNode<T>* _next; // 前驱指针 ListNode<T>* _prev; // 后驱指针 // 存储节点值 T _data; // 初始化列表(构造函数) ListNode(const T& x = T()) :_next(nullptr) ,_prev(nullptr) ,_data(x) {} }; // list迭代器 template<class T,class Ref,class Ptr> // 第二个参数是引用，第三个参数是指针，防止迭代器失效 struct _list_iterator { typedef ListNode<T> Node; typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self; Node* _node; // 定义节点 // 构造函数（初始化） _list_iterator(Node* x) :_node(x) {} // ++it self& operator++() { _node = _node->_next; // 返回节点 return *this; } // it++ self operator++(int) { // 拷贝 self tmp(*this); // 向后走一个节点 _node = _node->_next; // 返回 return tmp; } // --it self& operator--() { _node = _node->_prev; // 返回节点 return *this; } // it-- self operator--(int) { // 拷贝 self tmp(*this); // 向前走一个节点 _node = _node->prev; // 返回 return tmp; } // *it，返回节点的值 Ref operator*() { return _node->_data; } // 返回节点值 Ptr operator->() { return &_node->data; } // 判断 bool operator!=(const self& s) { return _node != s._node; } // 判断 bool operator==(const self& s) { return _node == s._node; } }; // list的实现（包含各种函数实现） template<class T> class list { typedef ListNode<T> Node; public: typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator; typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator; // 找头,这里有哨兵位 iterator begin() { return _head->_next; } // 找尾，哨兵位就是尾 iterator end() { return _head; } //const类 const_iterator begin() const { return _head->_next; } const_iterator end() const { return _head; } // 初始化函数 void empty_init() { _head = new Node; _head->_next = _head; _head->_prev = _head; } // 构造函数 list() // 1. { empty_init(); } list(list<T>& It) // 2.拷贝构造 传统写法 { empty_init(); // 尾插 for (const auto& x : It) { push_back(x); } } /* 拷贝构造（现代写法）：L2(L1) */ list(const list<T>& L) { _head = new Node(); _head->_next = _head; _head->_prev = _head; list<T> tmp(L.begin(), L.end()); swap(_head, tmp._head); // 交换两个结点的指针 } // 销毁函数 void clear() { // 找头 iterator it = begin(); // 循环 while (it != end()) { it = erase(it); } } // 析构函数 ~list() { clear(); delete _head; _head = nullptr; } // 交换 void swap(list<T>& tmp) { std::swap(_head, tmp._head); } // 赋值运算重载 list<T>& operator=(list<T> lt) { swap(lt); return *this; } // 调用插入函数，尾插 void push_back(const T& x) { insert(end(), x); } // 调用插入函数，头插 void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); } // 调用删除函数，尾删 void pop_back() { erase(--end()); } // 调用删除函数，头删 void pop_front() { erase(begin()); } // insert插入函数 iterator insert(iterator pos, const T& x) { Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; Node* newnode = new Node(x); // prev newnode cur prev->_next = newnode; newnode->_prev = prev; newnode->_next = cur; cur->_prev = newnode; //return iterator(newnode); return newnode; } // erase删除函数 iterator erase(iterator pos) { assert(pos != end()); Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; Node* next = cur->_next; prev->_next = next; next->_prev = prev; delete cur; return next; } private: Node* _head; // 头节点 }; 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; } void test_list2() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; lt.push_back(5); lt.push_front(0); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; lt.pop_back(); lt.pop_front(); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; lt.clear(); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; lt.push_back(10); lt.push_back(20); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; } void test_list3() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; list<int> copy(lt); for (auto e : copy) { cout << e << " "; } cout << endl; list<int> lt1; lt1.push_back(10); lt1.push_back(20); lt1.push_back(30); lt1.push_back(40); lt = lt1; for (auto e : copy) { cout << e << " "; } cout << endl; } void print_list(const list<int>& lt) { list<int>::const_iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { //*it += 10; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; } void test_list4() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); print_list(lt); list<int>::iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { *it += 10; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } }
test.cpp:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 // 包含头文件 #include<iostream> #include<list> #include<vector> #include<algorithm> using namespace std; #include"List.h" int main() { lyk::test_list4(); return 0; }
🌟结束语
今天内容就到这里啦，时间过得很快，大家沉下心来好好学习，会有一定的收获的，大家多多坚持，嘻嘻，成功路上注定孤独，因为坚持的人不多。那请大家举起自己的小手给博主一键三连，有你们的支持是我最大的动力💞💞💞，回见。
