C++標準庫中的list設計
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在數(shù)據(jù)結構中鏈表是比較基本的類型，在C++中鏈表是基于模板的類，因此在實際的使用過程中需要涉及到實際的類型。
#include
list
在C++中關于list的接口比較豐富，主要是關于大小，數(shù)據(jù)的插入、刪除等。但是在C++中引入了迭代器的概念，這個迭代器是關于關于容器中比較重要的一部分，因為這種迭代器使得算法等問題與容器獨立開來，迭代器實質上還是指針，準確的將是一個封裝了指針的類。
迭代器類的創(chuàng)建應該包含下面的操作，首先應該支持的操作符至少包括如下（operator*()，operator++()，operator++(int)，operator==()， operator!=()）,當然也會存在const_iterator這樣的常迭代器，也就是只允許訪問，不能修改對象的迭代器，當然存在迭代器的構造函數(shù)、復制控制函數(shù)，這些函數(shù)都是必須要存在的，因為設計到了指針的操作問題，構造函數(shù)應該存在參數(shù)是鏈表節(jié)點指針的定義，只有存在這個定義才能間接的訪問節(jié)點對象。
當然在類中至少存在返回迭代器的begin()和end()函數(shù)，這兩個函數(shù)返回的迭代器分別指向鏈表的開始和鏈表結束的下一個地址，這是迭代器中經常容易理解錯誤的地方。
在C++中通常創(chuàng)建const_iterator類，然后iterator直接繼承const_iterator。
下面說說list類設計的基本思路：
首先、創(chuàng)建鏈表節(jié)點對象，實質上是完成對傳遞進來的類型的封裝操作，同時構成一個雙向鏈表的基本要素（prev、next指針）。節(jié)點肯定要存在構造函數(shù)，而且是直接初始化三個成員變量。
其次、創(chuàng)建迭代器類，實質上就是封裝一個節(jié)點指針，通過節(jié)點指針實現(xiàn)操作，至少要實現(xiàn)的操作符已說明。這兩個類都要設置List為友元類，因為這樣才能用List直接操作迭代器的相關操作。
最后、依靠上面的迭代器類和節(jié)點類，創(chuàng)建一個List類，該類中主要完成一些基本操作。其中需要注意的就是迭代器的操作，比如刪除元素和插入元素以后迭代器的變化問題等。
需要注意的是在List中采用了哨兵節(jié)點，這個哨兵節(jié)點并不算實際的操作對象，也就是為了保證肯定有目標所指向，存在一個head對象，這個對象的next就是實際的數(shù)據(jù)，而tail是迭代器所能到達的最后一個對象，但是這個對象并不是合理的區(qū)域，實際上end()實際上就是指向了tail節(jié)點，這兩個節(jié)點head和tail就是哨兵節(jié)點。具體的參看代碼。
實現(xiàn)的基本形式如下：
#ifndef __MYLIST_H_H_
#define __MYLIST_H_H_
#include
namespace myspace
{
template
class List
{
private:
/*封裝對象，形成鏈表節(jié)點*/
struct Node
{
Object data;
struct Node *prev;
struct Node *next;
/*節(jié)點構造函數(shù)*/
Node(const Object &d = Object(), Node *p = NULL, Node *n = NULL)
:data(d), prev(p),next(n){}
};
public:
/*創(chuàng)建一個常量迭代器類，這是容器設計的關鍵*/
class const_iterator
{
public:
const_iterator():current(NULL)
{}
/*重載迭代器的值*/
const Object & operator*()const
{
return retrieve();
}
/*重載前向++操作符*/
const_iterator & operator++ ()
{
current = current->next;
return *this;
}
/*重載后向++操作符，因為是一個局部對象不能返回引用*/
const_iterator operator++(int)
{
const_iterator old = *this;
++(*this);
return old;
}
/*判斷迭代器是否相同，實質上就是判斷指向的節(jié)點是否相同*/
bool operator==(const const_iterator &rhs) const
{
return current == rhs.current;
}
/*調用==操作符*/
bool operator!=(const const_iterator &rhs)const
{
return (!(*this == rhs));
}
protected:
/*迭代器實質就是一個節(jié)點指針*/
Node *current;
/*獲得鏈表中的內容*/
Object & retrieve() const
{
return current->data;
}
/*基于指針參數(shù)的迭代器構造函數(shù)，保證只有List使用*/
const_iterator(Node *p):current (p)
{}
/*友元類，可以調用迭代器的私有成員*/
friend class List
/*得到對象的值*/
Object &operator*()
{
return retrieve();
}
/*基于const的重載*/
const Object& operator*()const
{
return const_iterator::operator*();
}
/*前向++操作符*/
iterator &operator++()
{
current = current->next;
return *this;
}
/*后向++操作符*/
iterator operator++(int)
{
iterator *old = *this;
++(*this);
return old;
}
protected:
/*基于節(jié)點的迭代器構造函數(shù)*/
iterator(Node *p):const_iterator(p)
{}
friend class List
List(const List &rhs)
{
/*創(chuàng)建哨兵節(jié)點*/
init();
/*復制數(shù)據(jù)*/
*this = rhs;
}
const List & operator=(const List &rhs)
{
if(this == &rhs)
return *this;
/*清除原有的信息*/
clear();
/*添加新的對象*/
for(const_iterator itr = rhs.begin(); itr != rhs.end(); ++ itr)
push_back(*itr);
return *this;
}
/*得到迭代器，實質上就是得到節(jié)點指針*/
iterator begin()
{
/*iterator()是構造函數(shù)*/
return iterator(head->next);
}
const_iterator begin()const
{
return const_iterator(head->next);
}
iterator end()
{
return iterator(tail);
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(tail);
}
int size()const
{
return theSize;
}
bool empty()const
{
return size() == 0;
}
void clear()
{
while( !empty())
pop_front();
}
/*得到第一個元素*/
Object & front()
{
/*采用了迭代器begin()*/
return *begin();
}
const Object &front()const
{
return *begin();
}
Object &back()
{
/*end()指向最后一個對象的下一個地址，因此需要--*/
return *--end();
}
const Object &back()const
{
return *--end();
}
/***********************************************
*從頭插入新的節(jié)點，這時候的begin已經不再是begin
*因此插入操作會導致迭代器出錯
***********************************************/
void push_front(const Object &x)
{
insert(begin(), x);
}
/*從后插入新的節(jié)點，這時候會將end后移*/
void push_back(const Object &x)
{
insert(end(), x);
}
/*從頭彈出一個對象*/
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
/*插入對象，參數(shù)是迭代器和數(shù)據(jù)*/
iterator insert(iterator itr, const Object &x)
{
/*得到當前迭代器的指針*/
Node *p = itr.current;
theSize ++;
/*
*Node *np = Node(x,p->prev,p);
this means that np->prev = p->prev,
and np->next = p;
update the p->prev and p->prev->next;
*p->prev->next = np;
*p->prev = np;
*/
return iterator(p->prev=p->prev->next= new Node(x,p->prev, p));
}
/*刪除迭代器處的對象,因此刪除也會導致迭代器破壞*/
iterator erase(iterator itr)
{
/*得到當前迭代器的指針*/
Node *p = itr.current;
/*得到新的迭代器，并初始化*/
iterator retVal(p->next);
/*更新鏈表的鏈接關系*/
p->prev->next = p->next;
p->next->prev = p->prev;
/*刪除對象*/
delete p;
/*使得對象數(shù)減少*/
theSize --;
/*返回新的迭代器*/
return retVal;
}
/*刪除迭代器指向的對象*/
iterator erase(iterator start, iterator end)
{
/*for中不使用++itr的原因是erase之后
*就是下一個迭代器，因此不需要++操作*/
for(iterator itr = start; itr != end; )
{
/*該操作會導致迭代器更新到下一個*/
itr = erase(itr);
}
return itr;
}
private:
/*鏈表中的數(shù)據(jù)成員*/
int theSize;
Node *head;
Node *tail;
/*初始化函數(shù)*/
void init()
{
theSize = 0;
/*create two sentinel node*/
/*構建兩個哨兵節(jié)點，也就是兩個并不算在結構體中的對象*/
head = new Node;
tail = new Node;
/*綁定起來*/
head->next= tail;
tail->prev =head;
}
};
}
#endif
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