list 的迭代器解引用探究
/*list的迭代器解引用探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;class Date {private:int _year;int _month;int _day;public:Date(): _year(2024), _month(1), _day(1){}void Show() {cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}};
void TestList8() {list<Date> L1;L1.push_back(Date());L1.push_back(Date());L1.push_back(Date());L1.push_back(Date());auto it1=L1.begin();while(it1!=L1.end()){it1->Show();it1++;}list<int> L2;L2.push_back(1);L2.push_back(2);L2.push_back(3);L2.push_back(4);auto it2=L2.begin();while(it2!=L2.end()){cout<<*it2<<endl;it2++;}}int main() {TestList8();}
#endif
这段代码主要展示了如何在 C++ 中使用 std::list
容器来存储和遍历自定义类型(Date
类)的对象以及基本数据类型(int
)的值。程序定义了一个 Date
类,用于表示日期,并提供了一个 Show
成员函数来打印日期。然后,它在函数 TestList8
中创建了两个 std::list
容器:一个存储 Date
对象,另一个存储 int
值。通过迭代器遍历这些列表,并展示了如何访问和操作容器中的元素。
这段代码看似平平无奇,细心的小伙伴可能会发现,在遍历L1
,list
对象的时候,it1->Show();
这一行代码似乎有一点问题。it1
迭代器底层是list
结点的指针,it1->
得到的结果应该是Date
类型对象而不能直接访问Date
类型对象的成员才对。如果it1
底层指针存储的是节点中Date类型的对象的地址,那么it1->Show();
就没有任何问题。
实际上list
类中->
底层会返回*it
迭代器的地址,Ptr operator->(){return &(operator*()); }
,但即使返回了地址,我们还需要一个->
才能访问Date
的对象才对。正确的做法就变成了it1->->Show();
这个样子。但是这样的代码可读性太差了,为了提高代码的可读性,编译器自动给我们添加一个->
,使得我们仅仅使用it1->Show();
这样的代码就可以完成实现。
代码实现
#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
namespace Mylist
{template<class T>struct ListNode{ListNode<T>* _next;ListNode<T>* _prev;T _value;ListNode(const T& value = T()): _next(nullptr), _prev(nullptr), _value(value){}};// 1. 封装迭代器对应的类template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef Ref ItRef;typedef Ptr ItPtr;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;public:ListIterator(Node* pNode = nullptr): _pNode(pNode){}//// 具有指针类似的操作Ref operator*(){return _pNode->_value;}Ptr operator->(){return &(operator*());}// 移动Self& operator++(){_pNode = _pNode->_next;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_next;return temp;}Self& operator--(){_pNode = _pNode->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_prev;return temp;}///// 比较bool operator!=(const Self& s)const{return _pNode != s._pNode;}bool operator==(const Self& s)const{return _pNode == s._pNode;}Node* _pNode;};// 反向迭代器:就是对正向迭代器的包装template<class Iterator>struct ListReverseIterator{// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型// typenametypedef typename Iterator::ItRef Ref;typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;public:ListReverseIterator(Iterator it): _it(it){}Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->(){return &(operator*());}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator==(const Self& rit)const{return _it == rit._it;}Iterator _it;};template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---publicpublic:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;public:// 注意:list的迭代器一定不能是原生态的指针// vector之所以可以,因为vector底层是连续空间// 如果指针指向连续的空间,对指针++/--,该指针就可以移动到下一个/前一个位置// 但是list不行,因为链表中的节点是通过next和prev指针组织起来的,不一定连续// 如果将list的迭代器设置为原生态指针,++it/--it没有意义// typedef Node* iterator; // ???public:// 构造list(){CreateHead();}list(int n, const T& value = T()){CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(value);}}template<class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}}list(const list<T>& L){CreateHead();auto it = L.cbegin();while (it != L.cend()){push_back(*it);++it;}}list<T>& operator=(list<T> L){this->swap(L);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}//// 迭代器// 3. 增加begin和end的方法iterator begin(){/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator cbegin()const{/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return const_iterator(_head->_next);}const_iterator cend()const{return const_iterator(_head);}reverse_iterator rbegin(){return reverse_iterator(end());}reverse_iterator rend(){return reverse_iterator(begin());}const_reverse_iterator crbegin()const{return const_reverse_iterator(cend());}const_reverse_iterator crend()const{return const_reverse_iterator(cbegin());}//// 容量size_t size()const{size_t count = 0;Node* cur = _head->_next;while (cur != _head){count++;cur = cur->_next;}return count;}bool empty()const{return _head == _head->_next;}void resize(size_t newsize, const T& value = T()){size_t oldsize = size();if (newsize <= oldsize){for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i){pop_back();}}else{for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i){push_back(value);}}}//// 元素访问T& front(){return *begin();}const T& front()const{//return _head->_next->_value;return *cbegin();}T& back(){return *(--end());}const T& back()const{// return _head->_prev->_value;return *(--cend());}///// 修改void push_front(const T& value){insert(begin(), value);}void pop_front(){erase(begin());}void push_back(const T& value){insert(end(), value);}void pop_back(){erase(--end());}iterator insert(iterator it, const T& value){Node* pos = it._pNode;Node* newNode = new Node(value);newNode->_next = pos;newNode->_prev = pos->_prev;newNode->_prev->_next = newNode;pos->_prev = newNode;return newNode;}iterator erase(iterator it){if (it == end())return end();Node* pos = it._pNode;Node* ret = pos->_next;pos->_prev->_next = pos->_next;pos->_next->_prev = pos->_prev;delete pos;return ret;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}void swap(list<T>& L){std::swap(_head, L._head);}private:void CreateHead(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}private:Node* _head;};}void TestList1(){Mylist::list<int> L1;Mylist::list<int> L2(10, 5);int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };Mylist::list<int> L3(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));Mylist::list<int> L4(L3);for (auto e : L3){cout << e << " ";}cout << endl;Mylist::list<int>::iterator it = L4.begin();while (it != L4.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void TestList2(){int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };Mylist::list<int> L1(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));auto itL1 = L1.begin();*itL1 = 10;// auto citL1 = L1.cbegin();//*citL1 = 100;cout << L1.front() << endl;cout << L1.back() << endl;cout << L1.size() << endl;const Mylist::list<int> L2(L1);
// auto it = L2.cbegin();cout << L2.front() << endl;cout << L2.back() << endl;}void TestLst3(){Mylist::list<int> L;L.push_back(1);L.push_back(2);L.push_back(3);L.push_back(4);L.push_back(5);cout << L.size() << endl;L.push_front(0);for (auto e : L)cout << e << " ";cout << endl;L.pop_front();for (auto e : L)cout << e << " ";cout << endl;// find(L.begin(), L.end(), 4);
}void TestLst4(){Mylist::list<int> L;L.push_back(1);L.push_back(2);L.push_back(3);L.push_back(4);L.push_back(5);auto it = L.rbegin();while (it != L.rend()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;auto rit = L.crbegin();while (rit != L.crend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;}
int main(){Mylist::list<int> L;L.push_back(1);L.push_back(2);L.push_back(3);L.push_back(4);L.push_back(5);auto it=L.begin();// L.assign(10, 5);Mylist::list<int> L1(5,10);L = L1;while (it != L.end()){cout << *it << " ";++it;}}
ListNode
结构
template<class T>struct ListNode{ListNode<T>* _next;ListNode<T>* _prev;T _value;ListNode(const T& value = T()): _next(nullptr), _prev(nullptr), _value(value){}};
ListNode
是一个结构体,用于表示链表中的一个节点。它包含指向下一个节点的指针 _next
、指向前一个节点的指针 _prev
和存储的数据 _value
。构造函数允许用一个值初始化节点,并默认设置前后节点为 nullptr
。
ListIterator
类
template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef Ref ItRef;typedef Ptr ItPtr;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;public:ListIterator(Node* pNode = nullptr): _pNode(pNode){}//// 具有指针类似的操作Ref operator*(){return _pNode->_value;}Ptr operator->(){return &(operator*());}// 移动Self& operator++(){_pNode = _pNode->_next;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_next;return temp;}Self& operator--(){_pNode = _pNode->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_prev;return temp;}///// 比较bool operator!=(const Self& s)const{return _pNode != s._pNode;}bool operator==(const Self& s)const{return _pNode == s._pNode;}Node* _pNode;};
ListIterator
是一个迭代器类,支持对链表的正向遍历。它重载了操作符,以提供类似指针的行为。包括解引用 (operator*
和 operator->
)、迭代(operator++
和 operator--
)和比较(operator==
和 operator!=
)。ListIterator
使得用户可以通过迭代器遍历链表,访问或修改节点的值。
类模板参数:
template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef Ref ItRef;typedef Ptr ItPtr;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
我们在list
类里面定义迭代器是这样定义的。typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
其中Ref
用来接收T&
,Ptr
用来接收T*
。
这三个模版参数的具体含义如下所示:
T
: 数据类型,指定链表节点存储的数据的类型。
Ref
: 引用类型,决定了解引用操作符 (operator*
) 返回值的类型,可以是数据的引用,允许通过迭代器修改链表节点的值。
Ptr
: 指针类型,指定通过迭代器访问成员时的指针类型,通常是数据的指针类型。
这里的三个模版参数可以理解为数据类型占位符,每一个参数都有其特定的含义以及对应的数据类型,当我们使用的时候,传入的参数会与对应模版参数意义相吻合。
类型定义:
Node
: 代表链表节点的类型,使用了模板参数 T
来指定节点存储的数据类型。
ItRef
和 ItPtr
: 分别代表迭代器的引用和指针类型,这些类型允许迭代器通过类似指针的方式操作数据。
Self
: 代表迭代器自身的类型,用于实现链式调用和返回正确的迭代器类型。
成员变量:
Node* _pNode;
_pNode
: 指向当前迭代器所指向的链表节点的指针。
构造函数:
ListIterator(Node* pNode = nullptr): _pNode(pNode){}
ListIterator(Node* pNode = nullptr)
: 允许通过给定一个链表节点的指针来构造迭代器。默认参数为 nullptr
,允许创建一个不指向任何节点的迭代器。
解引用操作符重载:
// 具有指针类似的操作Ref operator*(){return _pNode->_value;}Ptr operator->(){return &(operator*());}
operator*()
: 解引用操作符,返回当前迭代器指向的节点中存储的数据的引用,允许读取或修改该数据。针对于内置类型。
operator->()
: 成员访问操作符,提供对当前迭代器指向的节点中存储的数据成员的访问。针对于自定义类型。
->
返回的是list
元素中的地址,编译器自动帮我们添加了一个->
使得我们可以通过list
元素自定义类型的地址进行访问成员属性。
迭代器移动:
// 移动Self& operator++(){_pNode = _pNode->_next;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_next;return temp;}Self& operator--(){_pNode = _pNode->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);_pNode = _pNode->_prev;return temp;}
operator++()
: 前缀递增操作符,使迭代器前进到链表的下一个节点,并返回当前迭代器的引用。
operator++(int)
: 后缀递增操作符,使迭代器前进到链表的下一个节点,返回迭代器递增前的副本。
operator--()
: 前缀递减操作符,使迭代器后退到链表的前一个节点,并返回当前迭代器的引用。
operator--(int)
: 后缀递减操作符,使迭代器后退到链表的前一个节点,返回迭代器递减前的副本。
operator!=
和 operator==
: 比较操作符,分别用于判断两个迭代器是否不相等或相等,即它们是否指向同一个链表节点。
小结论:
通过测试我们发现,在list简单实现过程中,如果不显示定义operator*()
和operator->()
重载,就没办法解引用迭代器,但在vector简单实现过程中,并不需要显示定义operator*()
和operator->()
重载就可以完成解引用迭代器。
ListReverseIterator
类
// 反向迭代器:就是对正向迭代器的包装template<class Iterator>struct ListReverseIterator{// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型// typenametypedef typename Iterator::ItRef Ref;typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;public:ListReverseIterator(Iterator it): _it(it){}Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->(){return &(operator*());}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator==(const Self& rit)const{return _it == rit._it;}Iterator _it;};
ListReverseIterator
是一个反向迭代器类,对 ListIterator
进行了包装,使其能够以相反的顺序遍历链表。它通过改变迭代方向(即通过递减其底层正向迭代器)来实现反向遍历。反向迭代器同样重载了类似指针的操作。
模板参数Iterator
:
// 反向迭代器:就是对正向迭代器的包装template<class Iterator>struct ListReverseIterator{// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型// typenametypedef typename Iterator::ItRef Ref;typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;
ListReverseIterator
是模板结构体,其模板参数Iterator
代表它将要包装的正向迭代器的类型。
类型别名定义(typedef
):
使用typedef typename Iterator::ItRef Ref;
定义了一个类型别名Ref
,它引用了正向迭代器中定义的ItRef
类型。这里的typename
关键字是必需的,因为Iterator::ItRef
是一个依赖于模板参数的类型,编译器需要明确地被告知这是一个类型名。
类似地,Ptr
和Self
别名分别为迭代器的指针类型和反向迭代器自身的类型。
构造函数:
ListReverseIterator(Iterator it): _it(it){}
接受一个正向迭代器作为参数,并初始化内部的迭代器_it
。
解引用操作符重载:
Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->(){return &(operator*());}
operator*
:解引用操作符,返回当前迭代器前一个位置的元素的引用。这是因为反向迭代时,当前位置实际对应的是正向迭代器的前一个元素。
operator->
:成员访问操作符,返回当前元素的指针。
反向迭代器是通过正向迭代器封装复用实现的,反向迭代器的rbegin
对应正向迭代器的end
,反向迭代器的rend
对应正向迭代器的begin
。反向迭代器中的operator*()
解引用实际上是返回正向迭代器前一个位置的解引用。即创建一个临时的正向迭代器对象,这个正向迭代器对象进行--
操作指向前一个位置,返回的是前一个位置的迭代器的解引用。因为*temp
实际上返回的是list
具体对象,temp
出作用域消失,但是list
中的具体对象不会消失。
->
返回的是list
元素中的地址,编译器自动帮我们添加了一个->
使得我们可以通过list
元素自定义类型的地址进行访问成员属性。
迭代器移动:
Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}
对于反向迭代器,递增意味着正向迭代器实际上是递减的,递减则相反。
相等与不等operator运算符重载:
bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator==(const Self& rit)const{return _it == rit._it;}
operator!=
和operator==
:比较操作符,用于比较两个反向迭代器是否不相等或相等。
成员变量:
Iterator _it;
内部迭代器_it
:这是被包装的正向迭代器的实例,反向迭代器通过操作这个内部迭代器来实现反向遍历。
ListIterator类和ListReverseIterator类的思考
在这两类中,模版参数可以理解为对应类型的占位符,也就是明确告诉编译器这些参数对应的是什么样的数据类型,因为在后面的使用过程中,我们会对其进行封装,以至于传入模版参数的数据类型就是我们希望的数据类型。
注意ListReverseIterator
类中的Ref operator*()
解引用是调用正向迭代器的前一个位置的解引用。因为反向迭代器是对正向迭代器进行封装,复用,来实现反向遍历的功能。
在list类中我们使用反向迭代器时,rbegin
传入的是end
迭代器,也就是正向迭代器的最后一个元素的后一个位置。简单来说,反向迭代器实际上是正向迭代器的逆用,利用正向迭代器的end
来封装复用实现rbegin
,利用正向迭代器的begin
来封装复用实现rend
。
正向迭代器的区间是[begin,end)
,为了统一反向迭代器的区间也应该是[rbegin,rend)
。而rbegin
是通过正向迭代器end
实现的,rend
是通过正向迭代器begin
实现的,为了统一实现,反向迭代器的解引用operator*
全部都返回当前迭代器前一个位置的元素的引用。
list
类
template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---publicpublic:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;public:// 注意:list的迭代器一定不能是原生态的指针// vector之所以可以,因为vector底层是连续空间// 如果指针指向连续的空间,对指针++/--,该指针就可以移动到下一个/前一个位置// 但是list不行,因为链表中的节点是通过next和prev指针组织起来的,不一定连续// 如果将list的迭代器设置为原生态指针,++it/--it没有意义// typedef Node* iterator; // ???public:// 构造list(){CreateHead();}list(int n, const T& value = T()){CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(value);}}template<class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}}list(const list<T>& L){CreateHead();auto it = L.cbegin();while (it != L.cend()){push_back(*it);++it;}}list<T>& operator=(list<T> L){this->swap(L);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}//// 迭代器// 3. 增加begin和end的方法iterator begin(){/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator cbegin()const{/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return const_iterator(_head->_next);}const_iterator cend()const{return const_iterator(_head);}reverse_iterator rbegin(){return reverse_iterator(end());}reverse_iterator rend(){return reverse_iterator(begin());}const_reverse_iterator crbegin()const{return const_reverse_iterator(cend());}const_reverse_iterator crend()const{return const_reverse_iterator(cbegin());}//// 容量size_t size()const{size_t count = 0;Node* cur = _head->_next;while (cur != _head){count++;cur = cur->_next;}return count;}bool empty()const{return _head == _head->_next;}void resize(size_t newsize, const T& value = T()){size_t oldsize = size();if (newsize <= oldsize){for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i){pop_back();}}else{for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i){push_back(value);}}}//// 元素访问T& front(){return *begin();}const T& front()const{//return _head->_next->_value;return *cbegin();}T& back(){return *(--end());}const T& back()const{// return _head->_prev->_value;return *(--cend());}///// 修改void push_front(const T& value){insert(begin(), value);}void pop_front(){erase(begin());}void push_back(const T& value){insert(end(), value);}void pop_back(){erase(--end());}iterator insert(iterator it, const T& value){Node* pos = it._pNode;Node* newNode = new Node(value);newNode->_next = pos;newNode->_prev = pos->_prev;newNode->_prev->_next = newNode;pos->_prev = newNode;return newNode;}iterator erase(iterator it){if (it == end())return end();Node* pos = it._pNode;Node* ret = pos->_next;pos->_prev->_next = pos->_next;pos->_next->_prev = pos->_prev;delete pos;return ret;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}void swap(list<T>& L){std::swap(_head, L._head);}private:void CreateHead(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}private:Node* _head;};}
list类代码解析
template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---publicpublic:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
类模板声明:
template<class T> class list
定义了一个泛型链表,T
是链表中存储元素的类型。
迭代器类型别名:
定义了两种迭代器:iterator
和const_iterator
,分别用于访问可修改的数据和只读数据。这些迭代器不是原生指针,而是封装过的,因为链表的元素不是连续存储的,不能直接通过指针算术操作访问。
还定义了反向迭代器reverse_iterator
和const_reverse_iterator
,用于实现反向遍历。
构造函数和析构函数:
无参构造函数
// 构造list(){CreateHead();}void CreateHead(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}
list()
是无参构造函数,它只是创建了一个头节点。
指定的元素数量和值的构造函数
list(int n, const T& value = T()){CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(value);}}
list(int n, const T& value = T())
根据指定的元素数量和值进行初始化。实际上就是不断地调用push_back
操作。
范围构造函数
template<class Iterator>list(Iterator first, Iterator last){CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}}
list(Iterator first, Iterator last)
是范围构造函数,根据给定的迭代器范围来构造链表。
拷贝构造函数
list(const list<T>& L){CreateHead();auto it = L.cbegin();while (it != L.cend()){push_back(*it);++it;}}
list(const list<T>& L)
是拷贝构造函数,用另一个链表的内容来初始化新链表。
析构函数
~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}
~list()
是析构函数,它清除链表中的所有元素,并删除头节点。
赋值操作符:
list<T>& operator=(list<T> L){this->swap(L);return *this;}
使用了拷贝并交换的技巧来实现赋值操作符。
迭代器方法:
// 迭代器// 3. 增加begin和end的方法iterator begin(){/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator cbegin()const{/*iterator ret(_head->_next);return ret;*/return const_iterator(_head->_next);}const_iterator cend()const{return const_iterator(_head);}reverse_iterator rbegin(){return reverse_iterator(end());}reverse_iterator rend(){return reverse_iterator(begin());}const_reverse_iterator crbegin()const{return const_reverse_iterator(cend());}const_reverse_iterator crend()const{return const_reverse_iterator(cbegin());}
提供了begin
, end
, cbegin
, cend
, rbegin
, rend
, crbegin
, crend
等方法来获取迭代器,分别对应于开始、结束的正向和反向迭代器。
反向迭代器中的rbegin
复用正向迭代器中的end
操作,反向迭代器中的rend
复用正向迭代器中的begin
操作。
注意正向迭代器的end
是最后一个元素后面一个位置,因为这是循环双向链表,因此end
实际上指向的是head
头结点。
容量和大小操作:
// 容量size_t size()const{size_t count = 0;Node* cur = _head->_next;while (cur != _head){count++;cur = cur->_next;}return count;}bool empty()const{return _head == _head->_next;}void resize(size_t newsize, const T& value = T()){size_t oldsize = size();if (newsize <= oldsize){for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i){pop_back();}}else{for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i){push_back(value);}}}
size()
方法计算链表的大小。注意只有随机访问迭代器才支持迭代器相减的操作。
随机访问迭代器(Random Access Iterator):支持直接相减操作,因为它们可以在常数时间内访问序列中的任何元素。vector
和 deque
容器提供的迭代器就是随机访问迭代器。list的迭代器并不属于随机访问迭代器,所以size
操作只能通过迭代器的移动来计算个数,而不能通过迭代器的相减操作。
empty()
检查链表是否为空。
resize()
调整链表的大小,根据需要添加或移除元素。
元素访问:
// 元素访问T& front(){return *begin();}const T& front()const{//return _head->_next->_value;return *cbegin();}T& back(){return *(--end());}const T& back()const{// return _head->_prev->_value;return *(--cend());}
front()
和back()
方法分别用于访问链表的第一个元素和最后一个元素。
修改操作:
// 修改void push_front(const T& value){insert(begin(), value);}void pop_front(){erase(begin());}void push_back(const T& value){insert(end(), value);}void pop_back(){erase(--end());}iterator insert(iterator it, const T& value){Node* pos = it._pNode;Node* newNode = new Node(value);newNode->_next = pos;newNode->_prev = pos->_prev;newNode->_prev->_next = newNode;pos->_prev = newNode;return newNode;}iterator erase(iterator it){if (it == end())return end();Node* pos = it._pNode;Node* ret = pos->_next;pos->_prev->_next = pos->_next;pos->_next->_prev = pos->_prev;delete pos;return ret;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}void swap(list<T>& L){std::swap(_head, L._head);}
功能:在链表的前端插入一个新元素。
实现方式:通过调用insert
方法,在begin()
位置插入新元素。begin()
返回指向链表第一个元素的迭代器。
pop_front()
功能:删除链表的第一个元素。
实现方式:通过调用erase
方法,删除begin()
位置的元素。这 effectively removes the first element of the list.
push_back(const T& value)
功能:在链表的末尾添加一个新元素。
实现方式:通过调用insert
方法,在end()
位置插入新元素。由于end()
返回的迭代器实际上指向链表尾部的哑元节点,插入操作会在链表的最后一个元素之后插入新元素。
pop_back()
功能:删除链表的最后一个元素。
实现方式:通过调用erase
方法,删除--end()
位置的元素。--end()
操作返回指向链表最后一个元素的迭代器。
insert(iterator it, const T& value)
功能:在指定位置it
前插入一个新元素。
实现方式:首先获取it
指向的节点pos
,然后创建一个新节点newNode
,并将其插入到pos
前面。更新相邻节点的指针以维持链表的连贯性。最后,返回指向新插入节点的迭代器。
erase(iterator it)
功能:删除指定位置it
的元素。
实现方式:首先检查it
是否为end()
,如果是,则不进行任何操作并返回end()
。否则,获取it
指向的节点pos
,调整前后节点的指针跳过pos
,然后删除pos
节点,最后返回指向被删除节点下一个节点的迭代器。
clear()
功能:清空链表,删除所有元素。
实现方式:从链表的开始遍历,使用erase
方法逐个删除元素,直到整个链表被清空。
swap(list<T>& L)
功能:与另一个链表L
交换内容。
实现方式:简单地交换两个链表的头节点指针_head
。这是通过std::swap
实现的,是一个非常高效的操作,因为它仅仅交换了指针,而不需要移动或复制链表中的元素。
私有成员和方法:
private:void CreateHead(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}private:Node* _head;};
_head
是指向链表头节点的指针。
CreateHead()
是一个辅助方法,用于初始化链表,创建一个哨兵节点作为头节点。
结尾
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