C++: リストの使用とシミュレーションの実装

リストの紹介

  1. list はクラス テンプレートであり、 <type> を追加するとインスタンス化が特定のクラスになります
  2. リストは、任意の位置に挿入および削除できる連続したコンテナです。
  3. リストの最下層は双方向の循環リンク リスト構造です。リンク リストの各要素は互いに関連性のない独立したノードに格納され、ポインタはリスト内の前の要素と次の要素を指します。ノード。
  4. 他のシーケンシャル コンテナと比較したリストの最大の欠点は、任意の位置でのランダム アクセスをサポートしていないことです。たとえば、6 番目のノードにアクセスするには、既知のノードからこのノードまで反復する必要があります。

二重リンクリストの図:
二重リンクリスト図



list共通インターフェース

1. 構造

関数 関数
list (size_type n, const value_type& val = value_type()) 構築されたリストには、値が val である n 個のノードが含まれます
リスト() 空のリストを作成する
リスト (const list& x) コピー構築
list (InputIterator が最初、InputIterator が最後) イテレータ範囲の初期化
(テンプレート、他のコンテナに渡せるイテレータ範囲)

2. イテレータ

関数 関数
begin() と end() 最初のデータ位置の iterator/const_iterator を取得、最後のデータの次の位置の iterator/const_iterator を取得
rbegin() と rend() 逆反復子、最後のデータ位置の reverse_iterator を取得、最初のデータの前の位置の reverse_iterator を取得

3. 容量

関数 関数
サイズ() 有効なデータ数を取得する
空の() 空かどうかを判断します(サイズが0の場合は空、trueを返します)

4. データにアクセスする

関数 関数
フロント() ヘッド ノード データへの参照を取得する
戻る() 末尾ノード データへの参照を返します。

5. 追加、削除、確認、修正

関数 関数
Push_front
(const value_type& val)
ヘッダーデータの値
Push_back
(const value_type& val)
末尾削除されたデータ値
ポップフロント() 頭の削除
ポップバック() 末尾削除
insert (イテレータの位置、const value_type& val) 値 val を持つ要素を位置positionに挿入します。
消去 (イテレータの位置) 位置の要素を削除します
swap(リスト&x) 2 つのリストを交換する
クリア() 有効なデータをクリアする

6. イテレータの無効化

       反復の無効化とは、反復子が指すノードが無効であること、つまりノードが削除されることを意味します。リストの基礎となる構造は、先頭ノードを持つ双方向の循環リンク リストであるため、リストの反復子は、リストに挿入されたときに無効化されません。無効になるのは削除されたときだけです。削除されたノードを指す反復は無効化されますが、他の反復子は影響を受けません。

#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;

//错误代码演示
int main()
{
    
    
	int array[] = {
    
     1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	auto it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
    
    
		// erase()函数执行后,it所指向的节点已被删除
		//因此it无效,在下一次使用it时,必须先给其赋值
		it = l.erase(it); //只需要去掉++it,这里修改成it = erase(it)即可
		++it;
	}
	return 0;
}



リストシミュレーションの実装

1. イテレータの実装

      Vector とは異なり、list のイテレータはネイティブ ポインタではありません。ユーザーが取得する必要があるのはノード全体ではなくノード内のデータであり、次のノードを見つけることはポインタ ++ だけでは行うことができないため、コントローラーはクラスに個別にカプセル化され、* などの演算子をオーバーロードすることで要件が満たされます。

namespace MyList
{
    
    
	//节点设计成结构体,方便访问
	template<typename T>
	struct list_node
	{
    
    
		list_node(const T val = T())
			:_data(val)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{
    
    }
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
	};

	//迭代器
	//这里设计模板参数除了迭代器,还有Ref(引用)和Ptr(指针)
	//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
	//普通对象(可读可写):iterator<T, T&, T*>
	//const对象(可读不可写):const_iterator<T, const T&, const T*>
	template<typename T, typename Ref, typename Ptr>
	struct __list_iterator
	{
    
    
		typedef list_node<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; //要返回迭代器需要返回实例化对象,重命名一下

		Node* _node;

		__list_iterator(Node* p)
			:_node(p)
		{
    
    }

		self& operator++()
		{
    
    
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		
		//后置++
		self operator++(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		self& operator--()
		{
    
    
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator--(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		Ref operator*()
		{
    
    
			return _node->_data;
		}

		//返回指针可以让自定义类型自行打印,访问成员
		//->操作符,比较特殊,it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
		Ptr operator->()
		{
    
    
			return &(_node->_data);
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
    
    
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
    
    
			return _node == s._node;
		}
	};

	//反向迭代器
	//反向迭代器需要进行封装,其实就是复用普通迭代器,然后++和--操作反过来
	
	//普通对象(可读可写):Reverse_iterator<iterator,T&,T*>
	//const对象(可读不可写):Reverse_iterator<const_iterator,const T&,const T*>
	template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
	struct Reverse_iterator
	{
    
    
		typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
		Iterator _it;

		//构造
		Reverse_iterator(Iterator it)
			:_it(it)
		{
    
    }


		self& operator++()
		{
    
    
			_it--;
			return *this;
		}


		self operator++(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_it--;
			return tmp;
		}


		self& operator--()
		{
    
    
			_it++;
			return *this;
		}


		self operator--(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_it++;
			return tmp;
		}


		Ref operator*()
		{
    
    
			return *_it;
		}


		Ptr operator->()
		{
    
    
			return _it;
		}


		bool operator!=(const self& s)
		{
    
    
			return _it != s._it;
		}


		bool operator==(const self& s)
		{
    
    
			return _it == s._it;
		}
	};
}

2. 完全なコード

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

namespace MyList
{
    
    
	//节点设计成结构体,方便访问
	template<typename T>
	struct list_node
	{
    
    
		list_node(const T val = T())
			:_data(val)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{
    
    }
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
	};

	//迭代器
	//这里设计模板参数除了迭代器,还有Ref(引用)和Ptr(指针)
	//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
	//普通对象(可读可写):iterator<T, T&, T*>
	//const对象(可读不可写):const_iterator<T, const T&, const T*>
	template<typename T, typename Ref, typename Ptr>
	struct __list_iterator
	{
    
    
		typedef list_node<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; //要返回迭代器需要返回实例化对象,重命名一下

		Node* _node;

		__list_iterator(Node* p)
			:_node(p)
		{
    
    }

		self& operator++()
		{
    
    
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		self& operator--()
		{
    
    
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator--(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		Ref operator*()
		{
    
    
			return _node->_data;
		}

		//返回指针可以让自定义类型自行打印,访问成员
		//->操作符,比较特殊,it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
		Ptr operator->()
		{
    
    
			return &(_node->_data);
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
    
    
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
    
    
			return _node == s._node;
		}
	};

	//反向迭代器
	//反向迭代器需要进行封装,其实就是复用普通迭代器,然后++和--操作反过来
	
	//普通对象(可读可写):Reverse_iterator<iterator,T&,T*>
	//const对象(可读不可写):Reverse_iterator<const_iterator,const T&,const T*>
	template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
	struct Reverse_iterator
	{
    
    
		typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
		Iterator _it;


		Reverse_iterator(Iterator it)
			:_it(it)
		{
    
    }


		self& operator++()
		{
    
    
			_it--;
			return *this;
		}


		self operator++(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_it--;
			return tmp;
		}


		self& operator--()
		{
    
    
			_it++;
			return *this;
		}


		self operator--(int)
		{
    
    
			self tmp(*this);
			_it++;
			return tmp;
		}


		Ref operator*()
		{
    
    
			return *_it;
		}


		Ptr operator->()
		{
    
    
			return _it;
		}


		bool operator!=(const self& s)
		{
    
    
			return _it != s._it;
		}


		bool operator==(const self& s)
		{
    
    
			return _it == s._it;
		}
	};

	template<typename T>
	class list
	{
    
    
		typedef list_node<T> Node;

	public:
		typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
		typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
		typedef Reverse_iterator< const_iterator, const T&, const T*> reverse_const_iterator;


		//迭代器部分
		iterator begin()
		{
    
    
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
    
    
			return _head;
		}

		const_iterator begin()const
		{
    
    
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end()const
		{
    
    
			return _head;
		}

		reverse_iterator rbegin()
		{
    
    
			return (--end());//_head->_prev
		}

		reverse_iterator rend()
		{
    
    
			return (end());//_head
		}

		reverse_const_iterator rbegin()const
		{
    
    
			return (--end());//_head->_prev
		}

		reverse_const_iterator rend()const
		{
    
    
			return (end());//_head
		}

		/// //
		/// 
	private:
		//不希望外界调用,设计成私有
		void empty_init()
		{
    
    
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}
	public:
		//构造、析构部分
		list()
		{
    
    
			empty_init();
		}

		list(size_t n, const T& value = T())
		{
    
    
			empty_init();
			while (n--)
			{
    
    
				push_back(value);
			}
		}

		//重载给内置类型使用,整形默认是int,不写这个会优先匹配list(Iterator first, Iterator last)
		list(int n, const T& value = T())
		{
    
    
			empty_init();
			while (n--)
			{
    
    
				push_back(value);
			}
		}

		//迭代器区间初始化
		template <class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator last)
		{
    
    
			empty_init();
			while(first != last)
			{
    
    
				push_back(*first);
				first++;
			}
		}

		list(const list<T>& lt)
		{
    
    
			empty_init();
			for (auto e : lt)
			{
    
    
				push_back(e);
			}
		}

		~list()
		{
    
    
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}


		//其它
		void swap(list<T> lt)
		{
    
    
			std::swap(_size, lt._size);
			std::swap(_head, lt._head);
		}

		//使用传之传参,直接拷贝一份交换操作的底层空间就好
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
    
    
			swap(lt);
			return *this;
		}

		void clear()
		{
    
    
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
    
    
				it = erase(it);
			}
		}

	
		/// /
		/

		//访问头,尾数据
		T& front()
		{
    
    
			return _head->_next->_data;
		}

		const T& front()const
		{
    
    
			return _head->_next->_data;
		}

		T& back()
		{
    
    
			return _head->_prev->_data;
		}

		const T& back()const
		{
    
    
			return _head->_prev->_data;
		}



		/// //
		/// 

		//增加删除部分
		void push_back(const T& val)
		{
    
    
			insert(end(), val);
		}

		void push_front(const T& val)
		{
    
    
			insert(begin(), val);
		}

		iterator insert(iterator pos, const T& val)
		{
    
    
			Node* newnode = new Node(val);
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;

			cur->_prev = newnode;
			newnode->_next = cur;
			newnode->_prev = prev;
			prev->_next = newnode;

			++_size;
			return newnode;
		}

		void pop_back()
		{
    
    
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
    
    
			erase(begin());
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
    
    
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;

			--_size;
			return next;
		}

		//获取有效数据量
		size_t size()
		{
    
    
			return _size;
		}

	private:
		Node* _head;  //这里存储卫兵节点,因为底层是双向循环链表,可以找到头和尾
		size_t _size; //只需要在insert和erase里面加减就可以
	};

}

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転載: blog.csdn.net/2301_76269963/article/details/132437518