【C++】深度解析:用 C++ 模拟实现 list 类,探索其底层实现细节

2024-07-27 11:01:26 浏览数 (2)

⭐list介绍

  1. list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器,并且该容器可以前后双向迭代。
  2. list的底层是双向链表结构,双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中,在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
  3. list与forward_list非常相似:最主要的不同在于forward_list是单链表,只能朝前迭代,已让其更简单高效。
  4. 与其他的序列式容器相比(array,vector,deque),list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
  5. 与其他序列式容器相比,list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问,比如:要访问list 的第6个元素,必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置,在这段位置上迭代需要线性的时间开销;list还需要一些额外的空间,以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)。

⭐list模拟实现

  1. list的底层是双向链表结构,包含有一个哨兵节点。
  2. 模拟实现list,要实现下列三个类:
  • ①list节点类
  • ②迭代器的类
  • ③list主要功能的类(size(),empty()...)

模拟实现list的类的基本功能(增删等操作)要建立在迭代器类和节点类均已实现好的情况下才得以完成。

✨list 节点类

  • 定义list中的节点ListNode,包含前驱指针,后驱指针和数据变量;
  • 使用struct而不使用class定义类,是为了方便访问每个一个节点 ,struct默认是pbulic,而class中成员变量要定义为private,不方便访问。
代码语言:javascript复制
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode<T>* _next;
		ListNode<T>* _prev;
		T _data;

		ListNode(const T& x = T())
			:_next(nullptr)
			,_prev(nullptr)
			,_data(x)
		{}
	};

✨list 的迭代器

迭代器有两种实现方式,具体应根据容器底层数据结构实现:

1. 原生态指针,比如:vector

2. 将原生态指针进行封装,因迭代器使用形式与指针完全相同,因此在自定义的类中必须实现以下方法:

  1. 指针可以解引用,迭代器的类中必须重载operator*()
  2. 指针可以通过->访问其所指空间成员,迭代器类中必须重载oprator->()
  3. 指针可以 向后移动,迭代器类中必须重载operator ()与operator (int)
  4. 至于operator--()/operator--(int)释放需要重载,根据具体的结构来抉择,双向链表可以向前移动,所以需要重载,如果是forward_list就不需要重载--
  5. 迭代器需要进行是否相等的比较,因此还需要重载operator==()与operator!=()

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