[C++] 模拟实现list(一)

发布于:2024-07-11 ⋅ 阅读:(22) ⋅ 点赞:(0)

标题:[C++] 模拟实现list

@水墨不写bug



目录

一、list简介

二、铺垫

 I,分离编译模式的选择

II,数据结构分析

(1)命名空间

 (2)类的设计分析


正文开始:

一、list简介

        C++ STL(Standard Template Library,标准模板库)中的list容器是一个双向链表,它支持常数时间的元素插入和删除操作,而不需要重新分配整个容器或移动容器中的元素(除了插入或删除点附近的元素可能会移动)。

list容器的主要特点包括:

  1. 双向链表list内部实现为一个双向链表,每个元素都包含数据和指向列表中前后元素的指针。这允许快速向前和向后遍历链表。

  2. 动态大小list的大小可以根据需要动态增长或缩小,这是通过插入或删除元素来实现的。

  3. 随机访问不支持:与vectordeque等容器不同,list不支持随机访问,即不能使用下标来直接访问元素。要访问元素,必须使用迭代器或者成员函数如front()back()begin()end()等。

  4. 高效的插入和删除:在list的任何位置插入或删除元素都是高效的,因为只需要调整相关元素的指针即可,不需要移动或复制其他元素。

  5. 迭代器list提供双向迭代器,允许向前和向后遍历列表。然而,这些迭代器不是随机访问迭代器,因此不支持+-或数组下标操作符 [] 。

  6. 成员函数list提供了丰富的成员函数来管理容器中的元素,包括push_front()push_back()pop_front()pop_back()insert()erase()clear()size()empty()等。

  7. 内存分配list中的每个元素都是动态分配的,list会有比连续存储(如vector)更高的内存使用率。

二、铺垫

 I,分离编译模式的选择

         本文我们要实现的是与STL功能基本一致的list,通过实现一个list类模板从而可以指定存入数据的类型,由此实现的list具有更高的实用性和灵活性。

        但是在前面的文章《C++:模板进阶》中我们知道:在编译时期,模板不会实例化出对象,那么在链接时,编译器在寻找对象的地址时找不到,所以报错。解决方法就是需要将生命和定义放在一个 .h 文件中。        于是,我们实现的list也是将类模板直接放在一个.h文件中。

II,数据结构分析

(1)命名空间

        我们在实现list的时候,由于我么起的名字和STL中的名字完全相同,所以为了保险起见,我们需要将我们实现的项目放在自己的命名空间中,防止命名冲突。(命名空间的名称可以自己决定,但是不要和STL冲突)

namespace ddsm{

//.......
};

 (2)类的设计分析

        我们想要实现一个链表结构,首先需要是实现一个链表的节点类,于是,我们可以将链表的节点类实现如下:

template<typename T>
struct ListNode
{
	ListNode<T>* _prev;
	ListNode<T>* _next;
	T _data;

	ListNode(const T& val = T())
		:_prev(nullptr)
		,_next(nullptr)
		,_data(val)
	{}
};

         对于链表的一个节点,并没有需要特殊实现的功能。

        唯一需要注意的是,我们实现的是一个模板类,在构造函数中,缺省参数我们给了一个匿名对象,这是一个明智的选择:

        如果T是内置类型,假如是int,则对于如下代码:

int a = int();

        a会被初始化为0;

        如果T是自定义类型,则会在匿名对象实例化时,调用这个自定义类型的构造函数,也会得到初始化。

        然而仅仅有了list的一个节点是不够的,这只是第一步,接下来我们需要将链表的一个一个耳朵节点链接起来,这就需要另一个类来维护整个链表。 

         我们把将要实现的维护一整个链表的类命名为list(此命名在命名空间ddsm中不必担心命名冲突问题),一般我们通过首节点的指针来维护这一整个链表,于是list类框架如下:

template<class T>
class list
{
	typedef ListNode<T> Node;

private:
	Node* _pHead;
};

        但是我们发现:

        STL的list的迭代器是可以进行自增,自减操作并实现链表迭代器的移动的,如果我们就只按照上面的方式来实现链表,就会发现我们的迭代器(ListNode<T>* 指针)是没有办法进行自增自减来达到迭代器移动的目的的。为了尽可能贴近STL的实现方法,同时更底层的了解STL内部的实现方式,我们可以这样选择:

        对迭代器进行封装,把迭代器类型(ListNode<T>* 指针)封装为包含(ListNode<T>* 指针)的类,一样一来,一旦有了类,我们就可以对其对象操作符进行重载,这样我们就可以在重载函数内实现自己想要的操作!


        总结来说:原来的Node*不符合我想要的行为,我们可以通过对Node*封装为ListIterator,在ListIterator内重载操作符来控制Node*的行为。

        于是,第三个类就是对指针的封装,将(ListNode<T>* 指针)封装为包含(ListNode<T>* 指针)的类,目的是对(ListNode<T>* 指针)的操作符进行重载,这里我们把类名定为ListIterator,防止与其他容器的迭代器类型混淆。

template<typename T>
struct ListIterator
{
    typedef ListNode<T> Node;

	 Node* _node;
};

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