《C++ list详解》

目录

节点篇

迭代器篇

链表篇

构造函数

拷贝构造函数

赋值=重载

迭代器

析构函数

插入和删除

补充篇

迭代器失效

节点中的数据自定义类型的情况

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节点篇

链表中的节点包含储存的数据、前一个节点的指针、后一个节点的指针。在实现节点时还要将其初始化。那么这里我们不知道模板参数T具体是什么类型，就给了一个缺省参数，使用T的构造函数初始化生成一个匿名对象作为val的默认值，使用const T&延长了匿名对象的生命周期。

特别注意一点，初始化列表的写法，第一行的：别写成了；。

//T是节点中存储的数据类型template <class T>//节点结构struct List_Node{//节点中包含的元素List_Node* _next;List_Node* _prev;T _data;//构造函数初始化节点//初始化列表:别写成;了！！！！！！！！！！！！！！！List_Node(const T& val = T()): _next(nullptr), _prev(nullptr), _data(val){}};

迭代器篇

链表中的迭代器与vector中的有所不同。

后者的迭代器只是一个单纯的指向数组内容的指针，由于数组的空间是连续的，所以可以满足迭代器的++，--，*等需求，但是这里链表的节点空间不是连续的，无法满足迭代器的基本需求，所以不能将迭代器定义为单纯的指向节点内容的指针。

于是聪明的人们用一个结构体模板来封装迭代器，并在结构体里面重载运算符，来实现迭代器的基本操作。

首先我们需要一个成员来表示此时指向的节点的指针，并用这个节点的指针来初始化该成员，这个成员的类型肯定也是节点的指针。

接下来我们就要完成一些符号的重载，来满足迭代器的操作需求。

还有一个问题就是不仅仅有普通迭代器iterator还要有const_iterator，为了简化代码，在实现时不实现两个模板结构体，就多使用了两个模板参数Ref和Ptr。

比如说在重载*时，普通情况下我们拿到的是T&就是节点储存的数据的引用（为什么不直接返回T？原因是我们要修改内容，而返回T拿到的只是一个临时副本，无法修改），但是有时我们不希望他被修改就需要返回const T&，所以为了方便就使用Ref来替代，使用Ptr来替代也是同理。

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->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}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& s){return _node != s._node;}bool operator==(const Self& s){return _node == s._node;}};

链表篇

链表的成员变量主要包含头节点的指针和节点个数。

构造函数

构造函数的主要目的就是创建一个头节点出来，为了简化实现不同构造函数时的代码，将构造头节点的主要过程封装在函数empty_init()中。

默认构造函数里面会new一个node大小的空间，并会调用node的默认构造函数把这个节点初始化，同时返回这个空间的地址给_head，然后再改变_next和_prev的指向，并将_size置为0。

使用花括号{}构造的构造函数List(std::initializer_list<T> il)，内部同样会使用empty_init()，然后再将花括号{}中的内容尾插过来。

        void empty_init(){//初始化头节点_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}List(){empty_init();}List(std::initializer_list<T> il){empty_init();for (auto& e : il){push_back(e);}}

拷贝构造函数

1.调用empty_init()初始化头节点。

2.尾插链表内容。

        List(List<T>& lt){empty_init();for (auto& t : lt){push_back(t);}}

赋值=重载

和vector中的赋值重载类似，需要实现一个swap函数来交换链表中的内容。

当lt2给lt1赋值，首先会调用拷贝构造将lt2的内容拷贝给lt，再将lt1的内容和lt交换，出了作用域lt就会销毁机lt1之前的空间就被销毁，而此时的lt1指向的就是拷贝构造出来的lt指向的空间。

		void swap(List<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}//lt1 = lt2List<T>& operator=(List<T> lt){swap(lt);return (*this);}

迭代器

在链表中需要提供迭代器接口供外部使用。

那么如何在类中使用我们定义的迭代器结构体？如何将迭代器结构体和链表类联系起来呢？

解决方法是使用typedef将模板实例化的复杂类型嵌套定义为类的成员类型，在类中有了成员类型就可以使用这个成员类型来定义变量了。

		typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

为了满足使用需求，还需要提供供外部使用的迭代器，分为普通迭代器和const迭代器。这里返回的是一个调用迭代器类中的构造函数的匿名对象。

本来的过程是，先在函数内构造匿名对象，然后通过拷贝构造函数将这个匿名对象拷贝到返回值位置，最后匿名对象被销毁。

编译器优化后变为，直接在返回值的内存位置构造这个匿名对象，完全跳过了临时对象的创建和拷贝步骤。

		iterator begin(){//返回的是一个匿名对象//调用构造函数return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end() {return iterator(_head);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}

析构函数

链表的各个节点不是存在于一块连续的空间， 空间没法一次性释放，必须将节点逐个释放。所以要先实现一个函数clear()来释放链表中各个节点（头节点除外，因为clear()不止用在析构函数中）的空间。再将头节点空间释放。

		~List(){clear();delete _head;_head = nullptr;_size = 0;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}

插入和删除

插入和删除的函数之间都有很强的复用性。实现节点的插入和删除，只需改变目标节点的_prev和_next即可，插入要创建节点空间，删除要释放节点空间。

		void push_back(const T& val){/*node* newnode = new node(val);node* tail = _head->_prev;tail->_next = newnode;newnode->_next = _head;newnode->_prev = tail;_head->_prev = newnode;_size++;*/insert(end(), val);_size++;}void push_front(const T& val){insert(begin(), val);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}void insert(iterator pos, const T& val){node* pcur = pos._node;node* prev = pcur->_prev;node* newnode = new node(val);newnode->_prev = prev;newnode->_next = pcur;prev->_next = newnode;pcur->_prev = newnode;_size++;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* pcur = pos._node;node* prev = pcur->_prev; node* next = pcur->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pcur;--_size;//erase删完返回下一个节点的地址return next;}

补充篇

迭代器失效

list的erase在使用过后会将pos指向的那块空间释放并置为nullptr，那删除后就无法执行迭代器的相关操作，所以要在erase函数中返回下一个节点的地址，在循环中连续使用erase时就要重新给迭代器赋值。

		while (it != lt.end()){//删除偶数if (*it % 2 == 0){//迭代器失效了，重新赋值it = lt.erase(it);}else{it++;}}

节点中的数据自定义类型的情况

	struct AA{int a1;int a2;AA(int a = 0, int b = 3):a1(a), a2(b){}};void test02(){//当链表节点存储的数据是自定义类型时List<AA> lt;AA aa = { 1,2 };lt.push_back(aa);List<AA>::iterator it = lt.begin();//for (auto& e : lt)//{//	//e开始拿到的是lt的begin()迭代器，而这个迭代器呢指向的内容是一个自定义类型//	//而库中的<<只能打印内置类型，如果要打印就要在AA中重载<<//	cout << e << " ";//}while(it != lt.end()){//(*it)是一个自定义类型AA，自定义类型访问成员变量用.操作符cout << (*it).a1 << " " << (*it).a2 << " ";//自定义类型的指针可以通过->来访问成员函数和成员变量//it是一个迭代器，底层是一个指针，其初始化成lt的第一个节点的指针//那么it的内容就是一个指针，通过->可以访问节点的内容，这个内容就包含了T _data(自定义类型的对象的指针)//这个_data是一个指针变量，即AA的对象aa的地址//所以要访问aa中的a1,a2就要再次使用->//为了易读性，这里省略一个->cout << it->a1 << " " << it->a2 << " ";//本质是cout << it.operator->()->a1 << " " << it.operator->()->a2 << " ";it++;}}}

"希望这篇内容能帮你少走弯路。保持好奇，持续编码！🚀"