C++之list类及模拟实现

list的介绍

list的模拟实现

定义节点

有关遍历的重载运算符

list的操作实现

（1）构造函数

(2)拷贝构造函数

（3）赋值运算符重载函数=

（4）析构函数和clear成员函数

（5）尾插/头插和尾删/头删

（6)size成员函数

（7）在任意位置插入 (insert)

（8）任意位置删除（erase）

（9）迭代器

完整代码展示

vector和list的比较

1.排序

(1)list和vector排序

（2）list copy vector sort copy list sort和list

2.总结

list的介绍

（1）list类其实就是链表，但是它是双向链表。在数据结构中我们了解过双向链表的特点。下面我们回忆一下。

1.节点中具有两个指针。一个指针指向该节点的前一个节点，另一个指针指向该节点的下一个节点。

2.存在哨兵位。初始化的时候节点里的下一个节点和上一个节点都指向自己。

（2）STL中list的底层结构

list的模拟实现

定义节点

我们先定义双向链表的节点并初始化。

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

有关遍历的重载运算符

list容器有迭代器，那么就可以进行遍历，因此我们要可以++，--等运算符重载。而且在插入删除操作中我们常常需要 ‘.’ '->'对链表进行遍历。因为普通迭代器和const迭代器中只有operator*和operator->的返回值有区别，所以我们就在模板上多增加了两个模板参数。

代码如下：

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;}//C++规定后缀调用需要有一个int型参数作为区分前缀与后缀调用的区别Self& operator++()//前置++，先++再取值{_node=_node->_next;return *this;} Self operator++(int)//后置++，先取值再++{Self tmp(*this);//取值_node = _node->_next;return tmp;//返回被取的值}Self operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator==(const Self& lt){return _node == lt._node;//结构体变量用「.」来访问成员，而结构体指针用「->」来访问。}bool operator!=(const Self& lt){return _node != lt._node;}};

list的操作实现

（1）构造函数

创建节点并把节点中的指针全部指向自己。

list()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}

(2)拷贝构造函数

先构造a1,再把lt中的资源尾插给a1。

      void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}   //a1(a2)，a1是新建的list(const list<T>& lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}//initializer_list<T>list(std::initializer_list<T> lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}

两种拷贝构造的区别：

（3）赋值运算符重载函数=

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

看到这个代码我们就会想为什么运算符重载中的形参不加const呢？如果加了const就像 void swap(*this,const list<T>& y)一样，这样是会报错的，两边类型不同，swap函数是一个函数模板，只有一个模板参数，那么有人会说把这个改成类型相同的不就行了。但是我们知道const list<T>& lt中const修饰list<T> 类型，则lt 引用的对象（即 list<T>）是常量对象，不能通过 lt 修改它的内容。它的值在初始化后就不能改变，而在swap函数中需要交换它们的资源，那么lt就需要改变。

（4）析构函数和clear成员函数

clear的作用只是清理链表的节点，只剩下哨兵位，并不会释放空间。

       ~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}

（5）尾插/头插和尾删/头删

        void push_back(const T&x){insert(end(), x);}void push_front(const T&x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());//end()是哨兵位}void pop_front(){erase(begin());}

（6)size成员函数

        size_t size()const{return _size;}

（7）在任意位置插入 (insert)

         typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator;   void insert(iterator pos, const T& x){node* newnode = new node(x);node*pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pre;pre->_prev = newnode;_size++;}

注意：pos的类型是list_iterator<T,T&,T*>,这个类中的成员变量只有_node,而_node的类型才是list_node,类型为list_node才有节点的成员变量。所以我们要node*pre = pos._node，而不能直接使用pos。

（8）任意位置删除（erase）

list中的erase也会有迭代器失效，所以我们需要返回下一个迭代器。

         typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator; iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;node* next = pre->_next;delete pre;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return iterator(next);}