C++ List的泛型实现

List的泛型实现

一、介绍链表

​ 之前的文章中讲过了动态数组的实现，但是分析得知动态数组无论如何巧妙，增删复杂度最差都是 o(n) ，如果我们有这样一个使用场景，对于一个停车场，经常有人进出，所以需要频繁修改数据。如果停车场确实数量少，使用数组还可以，但是数量多了，肯定不可以使用数组了，因为比较慢。（ps：当然有更好的选择，后续介绍AVL树和RB树时再介绍）

链表的结构

​ 那么链表是一个什么样的结构呢？代码如下

/*可以用泛型实现，也可以特化
一个节点中包含：
	1、一个指向下一个节点的指针
	2、一个数据元素
*/
template<typename T>
class listnode
{
    listnode* next;
    //T data;
    T* data;
};

​ 可以参考下面的图片，链表基础模型就是这样的结构

​

链表的特点

​ 链表使用指针的特点让它可以很快的调整结构，因为只需要改变指针指向就可以了。

//如何删除 p 的下一个节点
void earse(listnode* p)
{
    //如果是动态内存，需要释放
    //auto tmp = p->next;
	p->next = p->next->next;	//让p节点指向p节点的下一个的下一个节点
    //delete tmp;
}

//如何添加数据元素
void insert(listnode* p,listnode* newnode)
{
	newnode->next = p->next;	//让新节点，指向p的下一个节点
    p->next = newnode;			//让p指向新节点
}

链表的缺点

​ 优点明显，当然缺点也很明显，如果我们想在一个链表中找的某一个位置的元素怎么办？

listnode& find(listnode* p , size_t n)
{
    //不负责溢出检测，秉承着溢出也是为了客户体验，且让客户享受到原汁原味的溢出体验
	for(int i=0;i<n;++i)
      	p = p->next; 
    return p;
}

​ 可以看到找到一个节点，需要进行n次遍历 ，时间复杂度为 o(n)。相较于vector支持随机访问，非常慢。所以我们应该选择正确的结构。我们可以对比一下两种基础结构的区别，打好基础是最重要的，如果基础不牢，后面学习一些复杂结构就会非常困难。

	vector	list
添加	o(n)，遍历	o(1)，结构调整
删除	o(n)，遍历	o(1)，结构调整
修改	o(1)，支持随机访问	o(n)，遍历
访问	o(1)，支持随机访问	o(n)，遍历

二、泛型实现的list

结点

​ 这个链表是一个双向链表，其实这个我还想着作为一个轮子用，但是确实写的时候遇到很多问题，比如如何支持类对象，对于基础类型如何做优化。因为支持类对象就设计构造析构，或许出现用户设计的类不完善的情况。这些情况可能在后续有优化。

​ 因为调整结构非常频繁，所以直接写个可以复用的接口

template<typename T>
struct ListNode
{
	ListNode(T data = 0, ListNode* p = nullptr, ListNode* n = nullptr) : _data(data), _prev(p), _next(n) {};	//构造函数
	ListNode* _prev;		//前驱
	ListNode* _next;		//后继
	T _data;				//数据成员

	//修改前驱为新前驱，自动调整节点关系（也就是说，对于前驱后继都不匹配的，都可以指定当前位置正确的前驱后继关系）
	ListNode* changePrev(ListNode* newPrev)
	{
		//newPrev作为新前驱
		newPrev->next = this;
		newPrev->prev = this->prev;
		this->prev->next = newPrev;
		this->prev = newPrev;
		return newPrev;
	}
	
	//修改后继为新后继，自动调整节点关系
	ListNode* changeNext(ListNode* newNext)
	{
		newNext->_next = this->_next;
		newNext->_prev = this;
		this->_next->_prev = newNext;
		this->_next = newNext;
		return newNext;
	}
};

链表

template<typename T>
class List
{
public:
	List() { init(); }					//默认构造
	List(const List&);		//拷贝构造
	List<T>& operator=(const List&);		//拷贝构造运算符
	~List() { clear(); };

public:
	bool empty() { return !_size; }						//判空
	size_t size() { return _size; }						//大小

	virtual void init();		//初始化基础资源
	virtual void clear();		//释放全部动态资源，回归初始状态

	//遍历器
	void traverse() {
		ListNodePtr<T> tmp = _head->_next;
		while (tmp->_next != nullptr) {
			func(*tmp);
			tmp = tmp->_next;
		}
	};							//传入遍历器进行遍历
	//增删改查
	virtual ListNodePtr<T> insert(size_t index,const T&& data);			//根据指定下标，在节点元素后，插入该目标元素
	virtual ListNodePtr<T> operator[](size_t index);				//访问运算符
	virtual void earse(size_t index) { earse(index, index); };		//特化
	virtual void earse(size_t start,size_t end);					//泛化：删除元素
	virtual void setFunction(void p(ListNode<T>)) { func = p; }		//设置遍历器

private:
	//遍历器
	std::function<void(ListNode<T>)> func;
	/*	类似迭代器操作，方便标识边界	*/
	ListNodePtr<T> _head;		//头哨兵
	ListNodePtr<T> _tail;		//尾哨兵
	/*	维护一个size是有意义的，大多数情况下可以减少遍历次数	*/
	size_t _size;

};

​ 只介绍重要接口

1. ​ 遍历器：可以用function或者函数指针。初始化遍历器，然后调用traverse，就可以遍历每个元素。STL中有算法库，所以STL很方便;

2. ​ 插入操作：指定位置后面插入元素;

   template<typename T>
   ListNodePtr<T> List<T>::insert(size_t index,const T&& data)
   {
   	++_size;		//修改元素数量
   	return this->operator[](index-1)->changeNext(new ListNode<T>(data));	//这里下标-1传入和下标运算符策略有关。	
   }
   
   

3. ​ 删除：支持范围删除。支持删除元素自动释放;

   template<typename T>
   void List<T>::earse(size_t start, size_t end)
   {
   	ListNodePtr<T> p = this->operator[](start)->_prev;
   	ListNodePtr<T> tmp;
   	for (int i = 0; i < (end - start)+1; ++i)
   	{
   		tmp = p->_next;
   		tmp->_next->_prev = p;
   		p->_next = tmp->_next;
   		delete tmp;
   		p = p->_next;
   	}
   	_size -= end-start+1;
   }
   

4. ​ 重载了下标运算符，支持 o(n) 的下标访问。

   /*	复杂度分析 ：		
   因为是遍历，故时间复杂度为 o(n)；
   使用一个辅助空间，空间复杂度为 o(1)
   */
   template<typename T>
   ListNodePtr<T> List<T>::operator[](size_t index)
   {
   	ListNodePtr<T> tmp = _head;
   	for (int i = 0; i < index+1; ++i)
   	{
   		tmp = tmp->_next;
   	}
   
   	return tmp;
   }
   

​ 学习中造的轮子，以后有机会还会继续完善，目前属于是能使用。可以直接继承并直接重写，后续会介绍我在httpserver中使用这个轮子做的定时器队列。后续想要提升轮子的泛型能力，就需要深入模板技术了。

三、github：

​ 如果有后续，我会持续更新我的轮子。

}

return tmp;

}

​	学习中造的轮子，以后有机会还会继续完善，目前属于是能使用。可以直接继承并直接重写，后续会介绍我在httpserver中使用这个轮子做的定时器队列。后续想要提升轮子的泛型能力，就需要深入模板技术了。

### 三、github：[](https://github.com/yqm-307/yqm_data_structure)

​	如果有后续，我会持续更新我的轮子。

​	博主是正在学习中的大三学生。C++内卷群：672372860