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【C++】list容器功能模拟实现

news 来源：原创 2025/5/14 6:36:36

介绍

上一次介绍了list队容器的迭代器模拟，这次模拟实现list的简单功能，尤其要注意构造函数、析构函数、以及赋值运算符重载的实现。

list容器需要接纳所有类型的数据，因此，结构设置与迭代器设置同理，需要引入结点，数据。

//结点结构

template<class T>
   struct ListNode
   {
       ListNode<T>* _next;
       ListNode<T>* _last;
       T _data;
       ListNode(const T& x = T())
           :_next(nullptr)
           , _last(nullptr)
           , _data(x)
       { }
   };

//list容器基本元素

    template<class T>
   class list
   {
   public:
       typedef ListNode<T> Node;
       typedef _list_iterator<T> iterator;

   private:
       Node* _node; //此结点为哨兵结点，前指头结点，后指尾结点，里面没有数据
   };

一，构造函数

构造函数只需构造“ 哨兵结点 ”即可，因为这里使用链式结构存储，因此构造函数没有顺序结构那样的逻辑。代码如下：

list()
{
   _node = new Node;
   _node->_last = _node;
   _node->_next = _node;
}

拷贝构造的实现可直接运用赋值运算符，这里要注意，由于这里的设计设计到动态空间的申请，所以实现时需进行深拷贝。

这里，我们先实现push_back尾插功能，代码如下：

//尾插功能

void push_back(const T& x = T())
{
   Node* node = new Node;
   node->_data = x;
   node->_next = _node;
   node->_last = _node->_last;
   _node->_last->_next = node;
   _node->_last = node;
}

下面是赋值运算符和拷贝构造的实现，唯一要注意的是在使用赋值运算符前，要先确定“ 哨兵结点 ”，即普通的构造函数。

//赋值运算符重载
list<T>& operator=(list<T>& L)
{
   Node* node = (L._node)->_next;
   while (node != L._node)
   {
       push_back(node->_data);
       node = node->_next;
   }
   return *this;
}

//拷贝构造函数

list(list<T>& L)
{

//哨兵结点的构造
   _node = new Node;
   _node->_last = _node;
   _node->_next = _node;

//赋值运算符的使用
   *this = L;
}

下面进行样例代码测试：

void test1()
{
   list<int> v1;
   v1.push_back(1);
   v1.push_back(2);
   v1.push_back(3);
   v1.push_back(4);
   list<int> v2;
   v2 = v1;
   list<int> v3(v1);
   std::cout << "List v2: ";
   for (auto e : v2)
   {
       std::cout << e << " ";
   }
   std::cout << std::endl;
   std::cout << "List v3: ";
   for (auto e : v3)
   {
       std::cout << e << " ";
   }
   std::cout << std::endl;
}

测试数据结果：

二，析构函数

析构函数的设计只需诼渐释放所有结点即可，包括“ 哨兵结点 ”。代码如下：

~list()
{
   Node* t = _node->_next;
   while (t != _node)
   {
       Node* next = t->_next;
       delete t;
       t = next;
   }
   delete t; //最后释放哨兵结点
   t = nullptr;
}

三，list容器接口

这里实现begin()、end()、push_back(这个接口上面已实现，这里不做演示)、pop_back、push_front、pop_front。代码如下：

iterator begin() //获取头结点
{
   return _node->_next;
}
iterator end() //获取尾结点
{
   return _node;
}
void pop_back() //尾删
{
   assert(_node->_next != _node);
   Node* node = _node->_last->_last;
   delete _node->_last;
   _node->_last = node;
   node->_next = _node;
}
void push_front(const T& x = T()) //头插
{
   Node* node = new Node;
   node->_data = x;
   node->_next = _node->_next;
   node->_last = _node;
   _node->_next->_last = node;
   _node->_next = node;
}
void pop_front() //头删
{
   assert(_node->_next != _node);
   Node* node = _node->_next->_next;
   delete _node->_next;
   _node->_next = node;
   node->_last = _node;
}

list容器常用功能有clear()、swap()、erase、insert。接口参数与实现如下：

void clear()
{
   Node* t = _node->_next;
   while (t != _node)
   {
       Node* next = t->_next;
       delete t;
       t = next;
   }
   t = nullptr;
}
void swap(list<T>& L)
{
   std::swap(_node, L._node);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x = T())
{
   Node* node = new Node;
   node->_data = x;
   node->_next = pos.node;
   node->_last = (pos.node)->_last;
   node->_next->_last = node;
   node->_last->_next = node;
   return node;
}
iterator erase(iterator pos)
{
   assert(pos.node != _node);
   Node* next = (pos.node)->_next;
   Node* last = (pos.node)->_last;
   delete pos.node;
   next->_last = last;
   last->_next = next;
   return next;
}

下面进行样例代码测试：

void test2()
{
   list<int> v;
   v.push_back(1);
   v.push_back(2);
   v.push_back(3);
   v.push_back(4);
   v.push_back(5);
   list<int>::iterator it = ++v.begin();
   v.insert(it, 9);
   v.erase(v.begin());
   for (auto e : v)
   {
       std::cout << e << " ";
   }
   std::cout << std::endl;
}