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全部的实现代码放在了文章末尾
准备工作
创建两个文件，一个头文件mylist.hpp，一个源文件test.cpp
【因为模板的声明和定义不能分处于不同的文件中，所以把成员函数的声明和定义放在了同一个文件mylist.hpp中】
mylist.hpp：存放包含的头文件，命名空间的定义，成员函数和命名空间中的函数的定义
test.cpp：存放main函数，以及测试代码
包含头文件
iostream：用于输入输出
assert.h：用于使用报错函数assert
定义命名空间
在文件mylist.hpp中定义上一个命名空间mylist
把list类和它的成员函数放进命名空间封装起来，防止与包含的头文件中的函数/变量重名的冲突问题
类的成员变量
参考了stl源码中的list的实现，stl中list的底层链表是双向带头循环链表
【可以看我这篇文章了解双向带头循环链表的实现：链表的极致——带头双向循环链表】
成员变量只有一个，就是指向双向带头循环链表的头节点的指针。
节点类：
为什么节点类是用struct而不是class呢？
因为节点类里面的成员变量在实现list的时候需要经常访问，所以需要节点类的成员变量是公有的【使用友元也可以，但是比较麻烦】
struct的默认访问权限就是公有，不用加访问限定符了，stl中实现的节点类也是struct
class的默认访问权限是私有的
list类：
为什么要写get_head_node?
因为插入节点之前必须要有头节点
所以把创建初始头节点的操作写成了一个函数，用于
所有构造函数插入节点之前进行申请头节点
迭代器
因为list存储数据的方式是创建一个一个的节点存储数据
所以存储数据的空间不是连续的，所以不能直接用指针作为迭代器
因为指向一个节点的指针直接++,是不一定能指向下一个节点的
所以要把迭代器实现成一个类，这样才可以正确地支持++，- -，*等操作
迭代器在list类里的实例化和重命名
普通迭代器
template<class T, class R, class F>
struct Iterator
{
把自己的类型重命名一下
typedef Iterator<T, R, F> Self;
成员变量的类型是 双向带头循环链表的节点类型
listnode<T>* _n;
Iterator(listnode<T>*l=nullptr) 构造函数
{
_n = l;
}
Self& operator++()前置++
{
++就是指向下一个节点
_n = _n->_next;
return *this;
}
Self operator++(int) 后置++
{
Self tmp =*this; 先记录一下++之前的值
_n = _n->_next; 再++
return tmp;
}
Self& operator--() 前置--
{
--就是指向上一个节点
_n = _n->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int) 后置--
{
Self tmp = *this; 先记录一下--之前的值
_n = _n->_prev; 再--
return tmp;
}
R operator*()const
{
类比指针
*就是获取 节点中存储的数据
return _n->_data;
}
F operator->()const
{
返回 节点中 存储数据的成员变量的 地址
return &(_n->_data);
}
bool operator!=(const Self&obj)const
{
return _n != obj._n;
}
bool operator==(const Self& obj)
{
return !(*this != obj);
}
};
operator->()的作用是什么？
为了实现：
当节点中存储的数据是自定义类型的变量时，可以直接使用 迭代器->访问自定义类型中的成员
【原来访问需要调用两次->，为了可读性，省略了一个->】
例
const迭代器
const迭代器与普通迭代器的区别是什么？
区别就只有==不能通过const迭代器改变节点中存储的数据==
转换一下就是：
不能使用迭代器的operator*()改变节点中存储的数据，即把operator*()的返回值改成const T&就可以了不能使用迭代器的operator->()改变节点中存储的数据的成员，即把operator->()的返回值改成const T*就可以了
所以const迭代器与普通迭代器的区别就只有两个函数的返回值类型不同，所以增加两个模板参数：R和F
普通迭代器实例化时:R就是T&，F就是T*
const迭代器实例化：R就是const T&，F就是const T*
反向迭代器
反向迭代器与普通迭代器的实现上的区别就是：
普通迭代器++是指向下一个节点
反向迭代器++是指向上一个节点
普通迭代器- -是指向上一个节点
反向迭代器- -是指向下一个节点
template<class T, class R, class F>
struct Reverse_iterator
{
把自己的类型重命名一下
typedef Reverse_iterator<T, R, F> Self;
成员变量的类型是 双向带头循环链表的节点类型
listnode<T>* _n;
Reverse_iterator(listnode<T>* l) 构造函数
{
_n = l;
}
Self& operator++()
{
反向迭代器++，是移动到 前 一个节点
_n = _n->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp = *this;
_n = _n->_prev;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
反向迭代器--，是移动到 后 一个节点
_n = _n->_next;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self tmp = *this;
_n = _n->_next;
return tmp;
}
R operator*()const
{
return _n->_data;
}
F operator->()const
{
return &(_n->_data) ;
}
bool operator!=(const Self& obj)const
{
return _n!=obj._n;
}
bool operator==(const Self& obj)const
{
return !(*this != obj);
}
};
迭代器的获取
iterator begin()
{
头节点的下一个节点 才是第一个节点
return _head->_next;
}
const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_iterator begin()const
{
头节点的下一个节点 才是第一个节点
return _head->_next;
}
iterator end()
{
最后一个节点的下一个节点是 头节点
因为是循环链表
return _head;
}
const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_iterator end()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rend()
{
反向迭代器的rend返回的是第一个节点的 前一个节点
return _head;
}
const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_reverse_iterator rend()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rbegin()
{
反向迭代器的rbegin()返回的是 最后一个节点
最后一个节点是 头节点的前一个
因为是循环链表
return _head->_prev;
}
const_reverse_iterator rbegin()const
{
return _head->_prev;
}
构造函数
默认构造
使用n个val构造
迭代器区间构造
解决迭代器区间构造 和 用n个val构造的冲突
当重载了迭代器区间构造和使用n个val构造的时候
如果传入的两个参数都是int类型的话就会报错
为什么？
因为在模板函数构成重载时，编译器会调用更合适的那一个
什么叫更合适？
就是不会类型转
如果传入的两个参数都是int类型，那么调用的应该是使用n个值构造，因为没有int类型的迭代器
但是使用n个值构造的第一个参数是size_t , int传进去要隐式类型转换
而调用迭代器区间构造，两个int的实参传进去，就会直接把InputIterator推导成int，不会发生类型转换，所以编译器会调用迭代器区间构造
解决方法：
再重载一个使用n个值构造的函数，把第一个参数改成int，这样根据模板偏特化，就会在都不类型转换时优先调用第一个参数特化成int的那个构造函数
initializer_list构造
写了这个构造函数，就可以支持直接使用{}初始化了
例
initializer_list是iostream库里面的自定义类型，它可以直接接收{ }里面的值 进行初始化，而且有迭代器
所以可以直接使用迭代器循环+尾插进行对list的构造
拷贝构造
析构函数
swap
只需要交两个list对象的头指针中存储的地址就可以了
因为两个list对象都有头结点，交换了头指针中存储的地址，就相当于把这两个对象的头指针的指向交换了，
而链表的所有节点都是由头节点出发去找到的
void swap(list& obj)
{
调用库里面的swap，交换头指针
std::swap(_head, obj._head);
}
赋值运算符重载
list& operator= (list obj)
{
swap(obj);
return *this;
}
为什么上面的两句代码就可以完成深拷贝呢？
这是因为：
使用了传值传参，会在传参之前调用拷贝构造，再把拷贝构造出的临时对象作为参数传递进去
赋值运算符的左操作数，*this再与传入的临时对象obj交换，就直接完成了拷贝
在函数结束之后，存储在栈区的obj再函数结束之后，obj生命周期结束
obj调用析构函数，把指向的从*this那里交换来的不需要的空间销毁
erase
删除pos迭代器指向的节点
为什么要返回next？
因为使用了erase之后的迭代器会失效，需要提供更新的方法
为什么使用了erase之后的迭代器会失效？
因为pos指向的节点erase之后，节点被释放了
stl库里面规定erase的返回值是指向删除数据的下一个数据的迭代器，下一个数据就是next指向的数据，所以返回next【没有接收返回值的迭代器，在检测较严格的编译器中，不管指向的位置是否正确，都会禁止使用，使用了就报错】
删除迭代器区间
insert
在迭代器pos之前插入一个节点
为什么要返回newnode?
list的迭代器pos在使用完insert之后其实是不会失效的
但是为了与其他容器的nsert的返回值进行统一，所以也返回了指向新插入的节点的迭代器
在迭代器pos之前插入一个迭代器区间的数据
push_back
复用insert即可
void push_back(const T&val)
{
insert(end(), val);
}
push_front
复用insert即可
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
pop_front
复用erese即可
void pop_front()
{
erase(begin());
}
pop_back
复用erese即可
void pop_back()
{
erase(--end());
}
size
empty
back
front
assign
resize
clear
复用erase
全部代码
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace mylist
{
template<class T>
struct listnode//双向带头循环链表的节点类
{
T _data;//节点存储的数据
listnode* _next;//指向下一个节点的指针
listnode* _prev;//指向前一个节点的指针
};
template<class T, class R, class F>
struct Iterator
{
//把自己的类型重命名一下
typedef Iterator<T, R, F> Self;
//成员变量的类型是 双向带头循环链表的节点类型
listnode<T>* _n;
Iterator(listnode<T>*l=nullptr)//构造函数
{
_n = l;
}
Self& operator++()//前置++
{
//++就是指向下一个节点
_n = _n->_next;
return *this;
}
Self operator++(int)//后置++
{
Self tmp =*this;//先记录一下++之前的值
_n = _n->_next;//再++
return tmp;
}
Self& operator--()//前置--
{
//--就是指向上一个节点
_n = _n->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int)//后置--
{
Self tmp = *this;//先记录一下--之前的值
_n = _n->_prev;//再--
return tmp;
}
R operator*()const
{
//类比指针
//*就是获取 节点中存储的数据
return _n->_data;
}
F operator->()const
{
//返回 节点中 存储数据的成员变量的 地址
return &(_n->_data);
}
bool operator!=(const Self&obj)const
{
return _n != obj._n;
}
bool operator==(const Self& obj)
{
return !(*this != obj);
}
};
template<class T, class R, class F>
struct Reverse_iterator
{
//把自己的类型重命名一下
typedef Reverse_iterator<T, R, F> Self;
//成员变量的类型是 双向带头循环链表的节点类型
listnode<T>* _n;
Reverse_iterator(listnode<T>* l)//构造函数
{
_n = l;
}
Self& operator++()
{
//反向迭代器++，是移动到 前 一个节点
_n = _n->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp = *this;
_n = _n->_prev;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
//反向迭代器--，是移动到 后 一个节点
_n = _n->_next;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self tmp = *this;
_n = _n->_next;
return tmp;
}
R operator*()const
{
return _n->_data;
}
F operator->()const
{
return &(_n->_data) ;
}
bool operator!=(const Self& obj)const
{
return _n!=obj._n;
}
bool operator==(const Self& obj)const
{
return !(*this != obj);
}
};
template<class T>
class list
{
//把双向带头循环链表的节点类型重命名成node
typedef listnode<T> node;
private:
node* _head;//唯一的成员变量
//获取初始头结点
node* get_head_node()
{
//申请一个节点大小的空间
node* tmp = new node;
//最开始的头节点的prev和next都指向自己
tmp->_next = tmp;
tmp->_prev = tmp;
return tmp;
}
public:
typedef Iterator<T, T&, T*> iterator;//普通迭代器
typedef Iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//const迭代器
typedef Reverse_iterator<T, T&, T*> reverse_iterator;//反向迭代器
typedef Reverse_iterator<T, const T&, const T*> const_reverse_iterator;//const反向迭代器
list()
{
//获取头结点
//为之后的插入操作做准备
_head=get_head_node();
}
list(size_t n, const T& val=T())
{
//必须先获取头节点，才能进行插入数据
_head = get_head_node();
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);//尾插n次
}
}
template <class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
//必须先获取头节点，才能进行插入数据
_head = get_head_node();
while (first != last)
{
//把解引用之后的值，一个一个尾插进去
push_back(*first);
first++;
}
}
list(int n, const T& val = T())
{
//必须先获取头节点，才能进行插入数据
_head = get_head_node();
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
list(initializer_list<T> il)
{
//必须先获取头节点，才能进行插入数据
_head = get_head_node();
auto it = il.begin();
while (it != il.end())
{
//把解引用之后的值，一个一个尾插进去
push_back(*it);
it++;
}
}
list(const list& obj)
{
//必须先获取头节点，才能进行插入数据
_head = get_head_node();
//使用const迭代器接收 const修饰的对象的迭代器
const_iterator it = obj.begin();
while (it != obj.end())
{
//把解引用之后的获得的值，一个一个尾插进去
push_back(*it);
it++;
}
}
~list()
{
//先把list里面除了头结点
//以外的节点全部删除
clear();
//再把头结点申请的空间释放
delete _head;
_head = nullptr;
}
list& operator= (list obj)
{
swap(obj);
return *this;
}
void swap(list& obj)
{
//调用库里面的swap，交换头指针
std::swap(_head, obj._head);
}
iterator begin()
{
//头节点的下一个节点 才是第一个节点
return _head->_next;
}
//const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_iterator begin()const
{
//头节点的下一个节点 才是第一个节点
return _head->_next;
}
iterator end()
{
//最后一个节点的下一个节点是 头节点
//因为是循环链表
return _head;
}
//const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_iterator end()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rend()
{
//反向迭代器的rend返回的是第一个节点的 前一个节点
return _head;
}
//const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
const_reverse_iterator rend()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rbegin()
{
//反向迭代器的rbegin()返回的是 最后一个节点
//最后一个节点是 头节点的前一个
//因为是循环链表
return _head->_prev;
}
const_reverse_iterator rbegin()const
{
return _head->_prev;
}
void push_back(const T&val)
{
/*node* tail = _head->_prev;
node* newnode = new node;
newnode->_data = val;
newnode->_next = _head;
newnode->_prev = tail;
tail->_next = newnode;
_head->_prev = newnode;*/
insert(end(), val);
}
iterator erase(iterator pos)
{
//不能 把 头节点 给删了
assert(pos!=end());
//记录pos的前一个节点（prev）
// 和后一个节点（next）
node* prev = pos._n->_prev;
node* next = pos._n->_next;
//让prev的下一个节点变成next
prev->_next = next;
//让prev的上一个节点变成next
next->_prev = prev;
//释放pos指向的节点
delete pos._n;
//返回被删除的节点的下一个节点
//用于更新迭代器
return next;
}
iterator erase(iterator first, iterator last)
{
iterator it = first;
while (it != last)
{
//删除it指向的节点
//删除后让it接收返回值，进行更新
it = erase(it);
}
//返回被删除的 最后一个节点 的下一个节点
//用于更新迭代器
return last;
}
bool empty() const
{
//size==0就 是空 返回true
//size!=0就 不是空 返回false
return size() ==0 ;
}
size_t size()const
{
//用count记录节点个数
size_t count = 0;
//使用const迭代器接收 const修饰的对象的迭代器
const_iterator it = begin();
//遍历链表
while (it != end())
{
count++;
++it;
}
return count;
}
T& back()
{
//list不能为空，为空就报错
assert(!empty());
//end（）返回的迭代器指向 头结点
//头结点的上一个节点就是，最后一个节点
//因为是循环链表
return *(--end());
}
//const修饰的成员，只能调用const修饰的成员函数
const T& back() const
{
assert(!empty());
return *(--end());
}
T& front()
{
//list不能为空，为空就报错
assert(!empty());
//begin()返回的迭代器 就指向第一个节点
return *begin();
}
//const修饰的成员，只能调用const修饰的成员函数
const T& front()const
{
assert(!empty());
return *begin();
}
template <class InputIterator>
void assign(InputIterator first, InputIterator last)
{
//先把数据现有的节点(除了头结点)都删除
clear();
//再循环把数据一个一个尾插进去
while (first != last)
{
//尾插
push_back(*first);
first++;
}
}
void assign(size_t n, const T& val)
{
clear();
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
void assign(int n, const T& val)
{
clear();
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
//记录指向 pos 前一个节点的指针
node* prev = pos._n->_prev;
//申请新节点的空间
node* newnode = new node;
//存储数据
newnode->_data = val;
newnode->_next = pos._n;
newnode->_prev = prev;
prev->_next = newnode;
pos._n->_prev = newnode;
//返回指向新插入的节点的迭代器
//用于更新迭代器
return newnode;
}
template <class InputIterator>
void insert(iterator pos, InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first!=last)
{
//循环插入即可
//因为list的迭代器使用完insert之后 不会失效
//所以不用接收返回值 也可以
insert(pos,*first);
first++;
}
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
//获取一下size，加快后续比较效率
//因为获取size()的时间复杂度为 O(N)
size_t size = this->size();
if (n > size)
{
//缺失的数据用val填上
//填到size()==n为止
while (size < n)
{
push_back(val);
++size;
}
}
else
{
//把多出来的数据（节点）删除
//删除到n==size()为止
while (n < size)
{
pop_back();
n++;
}
}
}
void clear()
{
//[begin(),end())之间的数据
//就是所有的有效数据(节点)
//复用erase删除即可
erase(begin(), end());
}
};
}
