使用c++类模板和迭代器进行List模拟实现

一、创建节点结构

template <class T>//节点结构
struct ListNode {
		ListNode<T>* _next;
		ListNode<T>* _prev;
		T  _val;

		ListNode(const T& x = T())//T()默认值
			:_next(nullptr),
			_prev (nullptr),
			_val (x)
		{}
};
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1、这里构建了模板类，使得节点支持多种数据类型和自定义类型
2、由于节点要被全局调用，所以这里写的是struct默认公有
3、给节点值赋值时，参数缺省值为T()，指的是c++11的默认赋值，内置类型使用默认值，如int为0，double为0.0，自定义类型给自定义默认值

二、创建迭代器类

由于迭代器在使用时，会面临可修改和不可修改的选择所以会有两种迭代器，所以这里可以选择传入参数进行调整

template <class T, class Ref, class Ptr>//模板参数，数值，引用，指针，方便构建多种类型的类
struct ListIterator
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对迭代器封装使得用户在使用时，不用过多的繁琐操作，仅需使用一个迭代器就好，在内部typedef使得iterator有更强的适配性

• 这里的成员变量仅有一个节点类型的指针。

1、类的结构

该类只是对迭代器的一系列封装，并实现一些运算符重载
成员变量仅用维护一个节点类型的指针

Node* _node;//成员变量仅维护一个指针
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由于List是非顺序结构，所以迭代器的跳跃访问很重要：
对迭代器的顺序访问，需要借助operator++/–/*

2、一系列的运算符重载

        Ref operator*()
		{
			return _node->_val;
		}
		//it->
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_val;
		}
		//++it
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		//it++
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}
		//--it
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		//it--
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}
		bool operator!=(const Self& it)
		{
			return _node != it._node;
		}
		bool operator==(const Self& it)
		{
			return _node == it._node;
		}
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  这里需要着重强调一下operator->
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由于iterator是原生指针，所以对其直接解引用非常重要

class A 
	{
	public:
		A(int a = 0,int b = 0 )
			:_a(a),
			 _b(b)
		{}
		int _a;
		int _b;
	};
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如节点为A类型的结构体，想通过迭代器访问_a,_b，有两种方法
1、(*it)._a (*it)._b
这里相当于对指针解引用，拿到节点，对节点直接访问
2、it->_a it->_b

Ptr operator->()
		{
			return &_node->_val;
		}
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这里重载的符号为->返回的节点val值的地址，按理在调用时it->为地址，则需要it->()->_a 但是编译器为了调用的直观性进行优化，仅需一个箭头即可

三、创建list

template<class T>
	class list
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1、细节把握

• 使用typedef将iterator统一起来

typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T,const T&, const T*> const_iterator;
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• 成员变量为一个哨兵位的头节点和控制节点数量的统计_size,当然也可以通过遍历的方法现场统计
• 链表示意可以参考链接: 双向循环链表

2、迭代器函数

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

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两个版本的迭代器，自主挑选，由于前方处理过细节所以这里函数类型就不会冗余

3、构造函数和析构函数

1、 由于存在哨兵位头节点的创建，所以我们可以先写一个创建头节点的函数，方便后续构造函数调用

void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;

			_size = 0;
	    }
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让头节点的前后指针指向自己
2、 构造函数和赋值拷贝

        list()//无参数拷贝
		{
			empty_init();
		}
		list(const list<T>& lt)//对象拷贝构造
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt)
				push_back(e);
		}
		void swap(list<T>& lt)
		{
			std:; swap(_head, lt._head);
			std:; swap(_size, lt._size);
		}
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}
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值得注意的是拷贝构造的函数是一种现代写法，细节传实参拷贝，返回引用类型，等价于利用第二个构造函数，以对象构造了一个初始化的lt,然后交换lt与待拷贝的变量，并返回待拷贝的引用

3、 析构函数

        ~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
		    while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}
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这里创建一个clear函数配合erase将节点统统释放，最后释放掉哨兵位头节点

4、增删查改的成员函数

这一部分关注好insert,erase函数就好，其他位置函数可直接附用

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

			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			++_size;
		}
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这里是基础的节点插入，如有疑问可查阅往期讲解

• 链表示意可以参考链接: 双向循环链表

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

			delete cur;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			--_size;
			return iterator(next);
		}
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值得注意的是，erase的返回值为删除位置的迭代器的下一个，因为一旦释放该位置，则会导致外面迭代器失效成为野指针，所以返回值向后走一个能避免访问冲突
其他的函数直接附用

        void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
		void push_back(const T& val)
		{
			insert(end(), val);
		}
		void push_front(const T& val)
		{
			insert(begin(), val);
		}
		
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最后进行几个简单测试：

void test1()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(5);
	auto it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	lt.erase(lt.begin());
	lt.erase(lt.begin());
	lt.insert((--lt.end()), 10);
	for (auto& e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
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void test2()
{
	class A 
	{
	public:
		A(int a = 0,int b = 0 )
			:_a(a),
			 _b(b)
		{}
		int _a;
		int _b;
	};
	A a(1, 1);//传参拷贝
	A b(a);//对象拷贝
	list<A> la;
	la.push_back(a);
	la.push_back(b);
	la.push_back({ 3,3 });//多参数拷贝
	la.push_back(A(1, 2));//匿名对象拷贝
	auto it = la.begin();
	while (it != la.end())
	{
		cout << it->_a << " "<<it->_b<<endl;
		++it;
	}

}
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这里有个小点，关于隐式类型转换，单参数拷贝时用（），多参数时用{}。

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