Condivisione della tecnologia

L'implementazione sottostante del contenitore dell'elenco C

2024-07-12

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1. Cos'è la lista?

L'elenco è un elenco doppiamente collegato in un contenitore C++. Il nodo head non memorizza i dati. L'elemento successivo del nodo head è il primo elemento che memorizza i dati. L'elemento precedente del nodo head è collegato all'ultimo elemento che memorizza dati. (La struttura è mostrata nella figura seguente)

La struttura di ciascun nodo nell'elenco collegato è divisa in parte dati, puntatore anteriore e puntatore posteriore (quello che segue è il diagramma e il codice della struttura)

2. Elenco dell'implementazione del codice e dell'analisi della sintassi

2.1 Definire la struttura del nodo

I tipi di dati e i puntatori anteriori e posteriori nell'elenco collegato sono generati da modelli e possono essere adattati ai tipi incorporati e ai tipi personalizzati.Il motivo per cui struct viene utilizzato per definire la classe qui è che i tipi di variabili membro predefinite della struct sono pubbliche e altre funzioni possono essere facilmente chiamate.C'è anche un costruttore list_node T(), che è una variabile anonima, la sua funzione non viene utilizzata solo per memorizzare i dati. Inoltre, se non vengono scritti parametri quando si chiama il costruttore list_node, ci sarà anche un valore predefinito.

2.2 Definire la struttura della lista concatenata

Nell'elenco sono presenti due variabili membro: _node, un puntatore al tipo di nodo e _size, che calcola il numero di nodi.

  1. template<class T>
  2. class list
  3. {
  4. typedef list_node<T> Node;
  5. void empty_init()
  6. {
  7.     _head = new Node;
  8.     _head -> next = _head;
  9.     _head -> prev = _head;
  10.     _size = 0;
  11. }
  12. list()
  13. {
  14.     empty_init();
  15. }
  16.     private:
  17.         Node* _node;
  18.         size_t _size;
  19. }

2.3 Aggiungi la funzione elenco collegato (inserisci push_back)

Abbiamo definito la struttura di base dell'elenco e ora aggiungeremo alcune funzioni di base, come l'inserimento di dati nell'elenco e l'utilizzo degli iteratori per attraversare l'elenco.

Funzione Push_back: prima crea un nuovo nodo newnode, quindi memorizza i dati X che devono essere archiviati nel newnode, trova il nodo di coda e inserisci il newnode nel nodo accanto al nodo di coda.

  1. template<class T>
  2. struct list_node
  3. {
  4. 	T _data;
  5. 	list_node<T>* _next;
  6. 	list_node<T>* _prev;
  7. 	list_node(const T& x=T())
  8. 		:_data(x)
  9. 		, _next(nullptr)
  10. 		, _prev(nullptr)
  11. 	{
  12.  
  13. 	}
  14. };
  15.  
  16. template<class T>
  17. class list
  18. {
  19. typedef list_node<T> Node;
  20. void empty_init()
  21. {
  22.     _head = new Node;
  23.     _head -> next = _head;
  24.     _head -> prev = _head;
  25.     _size = 0;
  26. }
  27. list()
  28. {
  29.     empty_init();
  30. }
  31. void push_back(const T& x)
  32. {
  33.     Node* newnode = new Node(x);
  34.     Node* tail = _head->prev;
  35.  
  36.     tail->_next = newnode;
  37.     newnode->prev = tail;
  38.  
  39.     newnode->_next = _head;
  40.     _head->prev = newnode;
  41.     
  42.     _size++; 
  43. }
  44.     private:
  45.         Node* _node;
  46.         size_t _size;
  47. }

2.4 Aggiunta della funzione di elenco collegato (overload dell'iteratore e dell'operatore iteratore)

Diversamente dalla lista sequenziale, poiché i nodi della lista concatenata non sono memorizzati insieme in uno spazio continuo, il ++ e il dereferenziamento del puntatore non possono ottenere direttamente i dati, quindi qui dobbiamo sovraccaricare * -&gt; ++ -- etc . ecc. operatore.

  1. template<class T>
  2. struct list_node
  3. {
  4. 	T _data;
  5. 	list_node<T>* _next;
  6. 	list_node<T>* _prev;
  7. 	list_node(const T& x=T())
  8. 		:_data(x)
  9. 		, _next(nullptr)
  10. 		, _prev(nullptr)
  11. 	{
  12.  
  13. 	}
  14. };
  15. template<class T>
  16. struct __list_iterator
  17. {
  18.     typedef list_node<T> Node;
  19.     typedef __list_iterator self;
  20.  
  21.     Node* _node;
  22.     __list_iterator(Node* node)
  23.         :_node(node)
  24.     {
  25.  
  26.     }
  27.     
  28.     T& operator *(Node * node)
  29.     {
  30.         return _node->_data;
  31.     }
  32.  
  33.     T* operator(Node * node)
  34.     {
  35.         return &_node->_data;
  36.     }
  37.     self& operator++()
  38.     {
  39.         _node = _node->next;
  40.         return *this;
  41.     }
  42.     
  43.     self& operator--()
  44.     {
  45.         _node = _node->prev;
  46.         return *this;
  47.     }
  48.  
  49.     bool operator!=(const self& s)
  50.     {
  51.         return _node != s._node;
  52.     }
  53. }
  54.  
  55. template<class T>
  56. class list
  57. {
  58. typedef list_node<T> Node;
  59. typedef __list_iterator<T> iterator;
  60.  
  61. iterator begin()
  62. {
  63.     return iterator(_head->next);
  64. }
  65.  
  66. iterator end()
  67. {
  68.     return iterator(_head);
  69. }
  70.  
  71. void empty_init()
  72. {
  73.     _head = new Node;
  74.     _head -> next = _head;
  75.     _head -> prev = _head;
  76.     _size = 0;
  77. }
  78.  
  79. list()
  80. {
  81.     empty_init();
  82. }
  83.  
  84. void push_back(const T& x)
  85. {
  86.     Node* newnode = new Node(x);
  87.     Node* tail = _head->prev;
  88.  
  89.     tail->_next = newnode;
  90.     newnode->prev = tail;
  91.  
  92.     newnode->_next = _head;
  93.     _head->prev = newnode;
  94.     
  95.     _size++; 
  96. }
  97.     private:
  98.         Node* _node;
  99.         size_t _size;
  100. }

Dopo aver completato le operazioni precedenti, possiamo eseguire il debug del programma in questo modo. Sebbene List non sia un array, possiamo accedere agli elementi all'interno di List in modo simile.Sebbene gli iteratori eseguano l'iterazione su ogni elemento del contenitore allo stesso modo, proteggono i dettagli di implementazione sottostanti e forniscono un metodo di accesso unificato.。

  1. test_list()
  2. {
  3.     list<int> lt;
  4.     lt.push_back(1);
  5.     lt.push_back(2);
  6.     lt.push_back(3);
  7.     list<int>::iterator it = lt.begin();
  8.  
  9.     while(it != lt.end())
  10.     {
  11.         cout << *it << " ";
  12.         ++it;
  13.     }
  14.     cout<< endl;
  15. }

2.5 Aggiunta della funzione di elenco collegato (aggiornamento insert() ed eraser() eliminazione dell'operazione di inserimento)

Innanzitutto, possiamo scrivere una funzione insert(). Questa funzione può essere riutilizzata da altre funzioni come push_back e push_front e può anche inserire dati in qualsiasi posizione.

  1. iterator insert(iterator pos , const T& x)
  2. {
  3.     Node* newnode = new Node(x);
  4.     Node* cur = pos._node;
  5.     Node* prev = cur ->_prev;
  6.     
  7.     prev->_next = newnode;
  8.     newnode->_prev = prev;
  9.     newnode->_next = cur;
  10.     cur->_prev = newnode;
  11.  
  12.     return newnode; 
  13. }
  14.  
  15. iterator erase(iterator pos)
  16. {
  17.     Node* cur = pos._node;
  18.     Node* prev = cur->_prev;
  19.     Node* next = cur->_next;
  20.  
  21.     delete cur;
  22.     prev->_next = next;
  23.     next->_prev = prev;
  24.  
  25.     return next;
  26. }
  27.  
  28. void push_back(const T& x)
  29. {
  30.     insert(this.end(),x);
  31. }
  32.  
  33. void push_front(const T& x)
  34. {
  35.     insert(begin(),x);
  36. }
  37.  
  38. void pop_back()
  39. {
  40.     erase(--end());
  41. }
  42.  
  43. void pop_front()
  44. {
  45.     erase(begin());
  46. }

2.6 Aggiungi la funzione elenco collegato (funzione cancella e distruttore)

Poiché il valore restituito dalla funzione di cancellazione è la posizione successiva dei dati cancellati, non scrivere ++ qui avrà l'effetto di ++.

  1. ~list()
  2. {
  3.     clear();
  4.     delete _head;
  5.     _head = nullpre;
  6. }
  7.  
  8. void clear()
  9. {
  10.     iterator it = begin();
  11.     while(it != end())
  12.     {
  13.         it = erase(*it);
  14.     }
  15. }

2.7 Aggiunta della funzione di elenco concatenato (costruzione di copie e sovraccarico di assegnazioni)

(1) Copia la struttura

  1. list( list<int> lt )
  2. {
  3.     empty_init();
  4.     for(auto e : lt)
  5.     {
  6.         this.push_back(e);
  7.     }
  8. }

(2) Sovraccarico delle assegnazioni

  1. 		void swap(list<T>& lt)
  2. 		{
  3. 			std::swap(_head, lt._head);
  4. 			std::swap(_size, lt._size);
  5. 		}
  6. 		list<int>& operator=(list<int> lt)
  7. 		{
  8. 			swap(lt);
  9. 			return *this;
  10. 		}

2.8 Iteratori di tipo const

Per gli iteratori di tipo const, dobbiamo capire,Gli iteratori di tipo const non possono modificare i dati a cui punta l'iteratore, ma l'iteratore stesso non può essere modificato.L'iteratore stesso deve completare ++, -- e altre operazioni per eseguire operazioni di attraversamento, quindi quando scrivo un iteratore di tipo const, apporto solo modifiche const alla funzione che l'iteratore restituisce al contenuto puntato e le altre funzioni rimangono invariato.

  1. template<class T>
  2. struct __list_const_iterator
  3. {
  4. 	typedef list_node<T> Node;
  5. 	typedef __list_const_iterator<T> self;
  6. 	Node* _node;
  7. 	__list_const_iterator(Node* node)
  8. 		:_node(node)
  9. 	{
  10.  
  11. 	}
  12. 	
  13. 	const T& operator *()
  14. 	{
  15. 		return _node->_data;
  16. 	}
  17. 	const T* operator->()
  18. 	{
  19. 		return &_node->_data;
  20. 	}
  21. };

3. Codice completo

  1. #pragma once
  2. #include<iostream>
  3. using namespace std;
  4. namespace hjy
  5. {
  6. 	template<class T>
  7. 	struct list_node
  8. 	{
  9. 		T _data;
  10. 		list_node<T>* _next;
  11. 		list_node<T>* _prev;
  12. 		list_node(const T& x=T())
  13. 			:_data(x)
  14. 			, _next(nullptr)
  15. 			, _prev(nullptr)
  16. 		{
  17.  
  18. 		}
  19. 	};
  20. 	template<class T,class Ref,class Ptr>
  21. 	struct __list_iterator
  22. 	{ 
  23. 		typedef list_node<T> Node;
  24. 		typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
  25. 		Node* _node;
  26. 		__list_iterator(Node* node)
  27. 			:_node(node)
  28. 		{
  29.  
  30. 		}
  31. 		self& operator ++()
  32. 		{
  33. 			_node = _node->_next;
  34. 			return *this;
  35. 		}
  36. 		self& operator --()
  37. 		{
  38. 			_node = _node->_prev;
  39. 			return *this;
  40. 		}
  41. 		self operator ++(int)
  42. 		{
  43. 			self tmp(*this);
  44. 			_node = _node->_next;
  45. 			return tmp;
  46. 		}
  47. 		self operator --(int)
  48. 		{
  49. 			self tmp(*this);
  50. 			_node = _node->_prev;
  51. 			return tmp;
  52. 		}
  53. 		Ref operator *()
  54. 		{
  55. 			return _node->_data;
  56. 		}
  57. 		Ptr operator->()
  58. 		{
  59. 			return &_node->_data;
  60. 		}
  61. 		bool operator!=(const self& s)
  62. 		{
  63. 			return _node != s._node;
  64. 		}
  65. 	};
  66. 	/*template<class T>
  67. 	struct __list_const_iterator
  68. 	{
  69. 		typedef list_node<T> Node;
  70. 		typedef __list_const_iterator<T> self;
  71. 		Node* _node;
  72. 		__list_const_iterator(Node* node)
  73. 			:_node(node)
  74. 		{
  76. 		}
  77. 		self& operator ++()
  78. 		{
  79. 			_node = _node->_next;
  80. 			return *this;
  81. 		}
  82. 		self& operator --()
  83. 		{
  84. 			_node = _node->_prev;
  85. 			return *this;
  86. 		}
  87. 		self operator ++(int)
  88. 		{
  89. 			self tmp(*this);
  90. 			_node = _node->_next;
  91. 			return tmp;
  92. 		}
  93. 		self operator --(int)
  94. 		{
  95. 			self tmp(*this);
  96. 			_node = _node->_prev;
  97. 			return tmp;
  98. 		}
  99. 		const T& operator *()
  100. 		{
  101. 			return _node->_data;
  102. 		}
  103. 		const T* operator->()
  104. 		{
  105. 			return &_node->_data;
  106. 		}
  107. 		bool operator!=(const self& s)
  108. 		{
  109. 			return _node != s._node;
  110. 		}
  111. 	};*/
  112. 	template<class T>
  113. 	class list
  114. 	{
  115. 		typedef list_node<T>  Node;
  116. 	public:
  117. 		typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator;
  118. 		typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
  119. 		//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;
  120.  
  121. 		const_iterator begin()const
  122. 		{
  123. 			return const_iterator(_head->_next);
  124. 		}
  125. 		const_iterator end()const
  126. 		{
  127. 			return const_iterator(_head);
  128. 		}
  129.  
  130. 		iterator begin()
  131. 		{
  132. 			return _head->_next;
  133. 		}
  134. 		iterator end()
  135. 		{
  136. 			return _head;
  137. 		}
  138. 		void empty_init()
  139. 		{
  140. 			_head = new Node;
  141. 			_head->_next = _head;
  142. 			_head->_prev = _head;
  143. 			_size = 0;
  144. 		}
  145. 		list()
  146. 		{
  147. 			empty_init();
  148. 		}
  149. 		//list<int>& operator=(const list<int>& lt) 传统写法
  150. 		//{
  151. 		//	if (this != &lt)
  152. 		//		clear();
  153. 		//	for (auto e : lt)
  154. 		//	{
  155. 		//		push_back(e);
  156. 		//	}
  157. 		//	return *this;
  158. 		//}
  159. 		void swap(list<T>& lt)
  160. 		{
  161. 			std::swap(_head, lt._head);
  162. 			std::swap(_size, lt._size);
  163. 		}
  164. 		list<int>& operator=(list<int> lt)
  165. 		{
  166. 			swap(lt);
  167. 			return *this;
  168. 		}
  169. 		~list()
  170. 		{
  171. 			clear();
  172. 			delete _head;
  173. 			_head = nullptr;
  174. 		}
  175. 		//list(const list<T>& lt)//没有const迭代器所以这样写不行
  176. 		//{
  177. 		//	empty_init();
  178. 		//	for (auto e : lt)
  179. 		//	{
  180. 		//		push_back(e);
  181. 		//	}
  182. 		//}
  183. 		list( list<T>& lt)
  184. 		{
  185. 			empty_init();
  186. 			for (auto e : lt)
  187. 			{
  188. 				push_back(e);
  189. 			}
  190. 		}
  191. 		void push_back(const T& x)
  192. 		{
  193. 			insert(end(), x);
  194. 		}
  195. 		void push_front(const T& x)
  196. 		{
  197. 			insert(begin(), x);
  198. 		}
  199. 		void pop_front()
  200. 		{
  201. 			erase(begin());
  202. 		}
  203. 		void pop_back()
  204. 		{
  205. 			erase(end()--);
  206. 		}
  207. 		void clear()
  208. 		{
  209. 			iterator it = begin();
  210. 			while (it != end())
  211. 			{
  212. 				it = erase(it);
  213. 			}
  214. 		}
  215. 		iterator insert(iterator pos, const T& val)
  216. 		{
  217. 			Node* cur = pos._node;
  218. 			Node* newnode = new Node(val);
  219. 			Node* prev = cur->_prev;
  220. 			prev->_next = newnode;
  221. 			newnode->_prev = prev;
  222. 			newnode->_next = cur;
  223. 			cur->_prev = newnode;
  224. 			++_size;
  225. 			return iterator(newnode);
  226. 		}
  227. 		iterator erase(iterator pos)
  228. 		{
  229. 			Node* cur = pos._node;
  230. 			Node* prev = cur->_prev;
  231. 			Node* next = cur->_next;
  232. 			delete cur;
  233. 			prev->_next = next;
  234. 			next->_prev = prev;
  235. 			--_size;
  236. 			return iterator(next);
  237. 		}
  238. 		size_t size()
  239. 		{
  240. 			return _size;
  241. 		}
  242. 	private:
  243. 		Node* _head;
  244. 		size_t _size;
  245. 	};
  246. 	void test_list1()
  247. 	{
  248. 		list<int>lt;
  249. 		lt.push_back(1);
  250. 		lt.push_back(2);
  251. 		lt.push_back(3);
  252. 		lt.push_back(4);
  253. 		lt.push_back(5);
  254. 		for (auto e : lt)
  255. 			cout << e << " ";
  256. 		cout << endl;
  257.  
  258. 		list<int>lt1 = lt;
  259. 		for (auto e : lt1)
  260. 			cout << e << " ";
  261. 		cout << endl;
  262.  
  263. 	}
  264. 	/*void print_list(const list<int>& lt)
  265. 	{
  266. 		list<int>::const_iterator it = lt.begin();
  267. 		while (it != lt.end())
  268. 		{
  269. 			cout << *it << " ";
  270. 			++it;
  271. 		}
  272. 		cout << endl;
  273. 		for (auto e : lt)
  274. 		{
  275. 			cout << e << " ";
  276. 		}
  277. 		cout << endl;
  278. 	}*/
  279. 	template<typename T>
  280. 	void print_list(const list<T>& lt)
  281. 	{
  282. 		typename list<T>::const_iterator it = lt.begin();
  283. 		while (it != lt.end())
  284. 		{
  285. 			cout << *it << " ";
  286. 			++it;
  287. 		}
  288. 		cout << endl;
  289. 	}
  290. 	void test_list2()
  291. 	{
  292. 		list<string>lt;
  293. 		lt.push_back("111");
  294. 		lt.push_back("111");
  295. 		lt.push_back("111");
  296. 		print_list(lt);
  297. 	}
  298. }

Profilo personale

Si dedica alla ricerca tecnologica da più di 30 anni ed è esperto in vari linguaggi come Java, Linux, Javascript, php, css, ecc. Ha dato numerosi contributi nel campo dell'open source stazione di documentazione per gli sviluppatori per condividere alcuni problemi nello sviluppo della tecnologia per riferimento futuro

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