windows 【C++】list模拟实现&list迭代器失效问题

list模拟实现&list迭代器失效问题

一，list模拟实现1. list的主要框架接口模拟2. list构造&拷贝构造&析构3. list迭代器3.1 普通迭代器3.2 const迭代器

4. 增删查改

二，迭代器失效问题1. list的迭代器失效原因2. 解决办法

一，list模拟实现

在上节我们熟悉了list的底层结构和各个接口的含义后，下面我们来对list的主要接口进行模拟实现

1. list的主要框架接口模拟

list的底层是双向带头循环链表，所以我们先写一个节点的类，这个节点类也是一个类模板，由给定的数据类型生成相应的类

这个节点类可以写成结构体，用结构体是为了方便访问数据,不用单独写取数据接口

//list的节点

template

struct ListNode {

ListNode* _prev;

ListNode* _next;

T _data;

ListNode(const T& t = T())

:_prev(nullptr)

,_next(nullptr)

,_data(t)

{}

};

其次我们写list的基本框架，其成员变量我们可以用节点声明一个头结点，根据头结点的链接关系我们就可以知道其list存放的内容

template

class mylist {

typedef ListNode Node;//方便阅读

public:

//....

private:

Node* _head;

};

2. list构造&拷贝构造&析构

list的构造有无参的构造，用n个值初始化构造，迭代器区间构造

我们这里实现无参的构造，

void list_init() {

_head = new Node;

_head->_next = _head;

_head->_prev = _head;

}

mylist() {

list_init();

}

初始化时其头指针和外指针指向自己：

现在我们来实现拷贝构造

拷贝构造的实现我们和vector一样依次去插入即可。

mylist(mylist& ml) {

list_init();

for (const auto e : ml) {

push_back(e);

}

}

重载operator=，这里我们可以转变一下思路，当传入一个list对象时，发生了拷贝构造，用拷贝构造的这个对象和当前要调用operator=的对象进行交换，再返回交换后的这个对象。

mylist& operator=(mylist lt)//在类中时可以省略模板参数

swap(lt);

return *this;

}

3. list迭代器

由于list的底层空间的不连续性，所以不能像string和vector一样直接用原生指针，我们要对其进行封装，使其可以像指针那样可以进行++或者–那样去使用。

template

struct List_Iterator {

typedef ListNode Node;

typedef List_Iterator self;

Node* _node;

//..

};

对于迭代器的构造函数，比较简单，可写可不写

template

struct List_Iterator {

typedef ListNode Node;

typedef List_Iterator self;

Node* _node;

List_Iterator(Node* n)

:_node(n)

{}

//..

};

3.1 普通迭代器

我们先实现普通迭代器 既然要对这个类进行封装，那么就是为了让其可以进行++或者–等运算，所以我们需要对这些操作进行重载

重载operator++，有前置++和后置++，

//前置++

self& operator++() {

_node = _node->_next;

return *this;

}

//后置++

self operator++(int) {

self tmp(*this);//拷贝构造

_node = _node->_next;

return tmp;

}

注：拷贝构造我们后面会实现

重载operator--和operator++类似，我们直接上代码

//前置--

self& operator--() {

_node = _node->_prev;

return *this;

}

//后置--

self operator--(int) {

self tmp(*this);

_node = _node->_prev;

return tmp;

}

重载operator->，这是因为当list中存储的是其他结构体时，可以通过 it->_data 来直接访问其内容。

T* operator->() {

return &_node->_data;

}

这里来举个具体的场景，看下面的代码：

struct Exp {

int _a1 = 1;

int _a2 = 2;

Exp(int a1 = 1,int a2 = 2)

:_a1(a1)

,_a2(a2)

{}

};

void test() {

mylist ex;

ex.push_back(Exp(1, 2));

mylist::iterator it = ex.begin();

while (it != ex.end()) {

cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;

cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;

++it;

}

}

看到这段代码，你可能会一头雾水，为啥 it->_a1可以直接访问struct的成员变量，it->不是返回的是这个结构体的指针吗？

其实这里是省略了一个->，我们可以加一句代码来解释

struct Exp {

int _a1 = 1;

int _a2 = 2;

Exp(int a1 = 1,int a2 = 2)

:_a1(a1)

,_a2(a2)

{}

};

void test() {

mylist ex;

ex.push_back(Exp(1, 2));

mylist::iterator it = ex.begin();

while (it != ex.end()) {

cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;

cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;

cout << it.operator->()->_a1 << it.operator->()->_a2 << endl;

++it;

}

}

it->_a1中，it->取到的是结构体对象的地址，其后面应该再用一个->访问到其中的变量，但是后面的箭头被省略了，这里也是C++为了方便使用而做的处理。

operator*返回的是T& 减少拷贝

T& operator* () {

return _node->_data;

}

3.2 const迭代器

实现了普通迭代器，现在我们终于要实现const迭代器了，现在思考一下，普通迭代器和const迭代器区别在哪，其实const迭代器的区别就是operator*和operator->的返回值加上const。

试想一下，如果我们像vector一样只在普通迭代器前面直接加一个const。我们直接再将普通迭代器的代码拷贝一份，在operator*和operator->返回值前加上const，其余代码不变，也可以实现const迭代器。但是这样写代码难免有些冗余，如果相同的场景下要拷贝的代码有上千万行呢，难道也要拷贝吗？

所以这里我们只需在模板参数中添加两个参数Ref，Ptr。分别代表 operator和operator->的返回值，当传入的是const T或者const T&时，迭代器类会返回相应的类型。具体在list的类中再对const迭代器进行封装。

template

struct List_Iterator {//

typedef ListNode Node;

typedef List_Iterator self;

Node* _node;

List_Iterator(Node* n)

:_node(n)

{}

//前置++

self& operator++() {

_node = _node->_next;

return *this;

}

//后置++

self operator++(int) {

self tmp(*this);//拷贝构造

_node = _node->_next;

return tmp;

}

//前置--

self& operator--() {

_node = _node->_prev;

return *this;

}

//后置--

self operator--(int) {

self tmp(*this);

_node = _node->_prev;

return tmp;

}

Ref operator* () {

return _node->_data;

}

Ptr operator->() {

return &_node->_data;

}

bool operator==(const self& s) {

return _node == s._node;

}

bool operator!=(const self& s) {

return _node != s._node;

}

};

template

class mylist {

typedef ListNode Node;//方便阅读

public:

typedef List_Iterator iterator;//写成公有,类外也可以访问

typedef List_Iterator const_iterator;

//....

}

在list类中如何用用到iterator类呢，下面我们来实现一下：

iterator begin() {

return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换,

}

iterator end() {

return _head;//迭代器区间是左闭右开,end指向最后一个元素的下一个位置

}

4. 增删查改

list的插入删除比较简单，因为不用考虑数据挪动的问题，只要创建或者删除新的节点，改变前后节点的指针即可。

insert

iterator insert(iterator pos,const T& t) {

Node* newnode = new Node(t);

Node* cur = pos._node;

Node* prev = cur->_prev;

prev->_next = newnode;

newnode->_prev = prev;

newnode->_next = cur;

cur->_prev = newnode;

return newnode;

}

erase可能会造成迭代器失效的问题，具体原因和解决办法我们在下面讲解。

iterator erase(iterator pos) {

assert(pos != end());//会发生隐式类型转换,将指针类型转换成iterator类

Node* cur = pos._node;

Node* prev = cur->_prev;

Node* next = cur->_next;

prev->_next = next;

next->_prev = prev;

delete cur;

cur = nullptr;

return next;//迭代器失效,返回删除位置的下一个位置

}

push_back()和push_front和pop_back()和pop_front的实现可以直接复用insert，在末尾位置插入即可

void push_back(const T& t) {

insert(end(), t);

}

void push_front(const T& t) {

insert(begin(), t);

}

void pop_back() {

erase(--end());

}

void pop_front() {

erase(begin());

}

二，迭代器失效问题

1. list的迭代器失效原因

list的插入不会像vector造成迭代器失效，因为vector一旦发生扩容，其所有位置的迭代器都会失效，但是list不用扩容，当有元素插入时才创建节点，再链接到链表中。 但是list的删除会造成迭代器失效，因为删除一个节点后，这个节点的迭代器位置实际上已经不存在了，再继续使用则会出错，除非下次使用时再给其赋值。

2. 解决办法

解决办法就是让删除后返回被删除节点的下一个节点的迭代器，下面是正确的使用场景，

void Test()

{

int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };

list l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));

auto it = l.begin();

while (it != l.end())

{

l.erase(it++); // it = l.erase(it);

}

}

list的模拟实现部分我们讲解完了，希望大家看了后会有所收获，期待更多的C++相关的知识请大家三连一波哦

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