C++简易list

list不同于vector。每一个节点的结构须要自行定义，迭代器属于双向迭代器（不是随即迭代器），也须要自行定义。和通用迭代器一样，list的迭代器须要实现的操作有：++、--、*、->、==、!=。节点的数据结构命名为list_node，迭代器的数据结构命名为list_iterator。list中对迭代器的操作不应该使用算数运算，如+2、-3这种操作，仅仅应该使用++、--来移动迭代器。STI版本号的STL使用了一个环形list，list.end()指向一个空白节点（不存放数据）作为尾节点，空白节点的next指针指向第一个节点，空白节点的prev指针指向最后一个节点，这样就能方便的实现begin()和end()操作，当list为空时，空白节点的next和prev均指向自己。这种设计是非常巧妙的，省去了非常多插入、删除操作时须要考虑的边界条件。

#ifndef __MYLIST_H__
#define __MYLIST_H__

// list节点
template <class Type>
class list_node {
public:
	list_node<Type> *prev;
	list_node<Type> *next;
	Type data;
};


// list迭代器
template <class Type>
class list_iterator {
public:
	// 迭代器必须定义的五个对应类型
	typedef Type value_type;
	typedef Type* pointer;
	typedef Type& reference;
	typedef size_t difference_type;
	typedef std::bidirectional_iterator_tag iterator_category;

	list_iterator() : node(NULL)
	{}

	list_iterator(list_node<Type> *x) : node(x)
	{}

	list_iterator(const list_iterator<Type> &x) : node(x.node)
	{}

	// 成员函数尽量加const
	bool operator== (const list_iterator<Type> &rhs) const
	{
		return node == rhs.node;
	}

	bool operator!= (const list_iterator<Type> &rhs) const
	{
		return !(operator==(rhs));	// 调用现有函数。好的策略
	}

	// 对迭代器接引用返回指向数据的引用
	reference operator* () const
	{
		return node->data;
	}

	pointer operator-> () const
	{
		return &(operator*());	// 调用现有函数。好的策略
	}

	list_iterator& operator++ ()
	{
		node = node->next;
		return *this;
	}

	list_iterator operator++ (int)
	{
		list_iterator<Type> old = *this;
		++(*this);
		return old;
	}

	list_iterator& operator-- ()
	{
		node = node->prev;
		return *this;
	}

	list_iterator operator-- (int)
	{
		list_iterator<Type> old = *this;
		--(*this);
		return old;
	}

	// 迭代器通过这个指针与某个节点相联系
	list_node<Type> *node;
};


// list数据结构，SGI中的list是一个环形链表。这里同样
// list内部使用list_node訪问每个保存数据的节点。对外则返回给用户一个list_iterator迭代器，这是须要注意的
template <class Type>
class List {
public:
	typedef list_iterator<Type> iterator;	// iterator类型是每个容器必备的，应该尽早定义它
	typedef size_t size_type;

	// 构造函数
	List()
	{
		node = get_node();
		// 前后指针都指向自己。表示此list为空
		node->next = node;
		node->prev = node;
	}

	iterator begin()
	{
		return (list_iterator<Type>)node->next;
	}

	iterator end()
	{
		return (list_iterator<Type>)node;
	}

	bool empty()
	{
		return node->next == node;	// 參见默认构造函数
	}

	size_type size()
	{
		size_type len = 0;
		distance(begin(), end(), len);
		return len;
	}

	Type& front()
	{
		return *begin();
	}

	Type& back()
	{
		return *(--end());
	}

	// 插入操作
	iterator insert(iterator position, const Type &value)
	{
		list_node<Type> *newNode = create_node(value);
		newNode->next = position.node;
		newNode->prev = position.node->prev;
		position.node->prev->next = newNode;
		position.node->prev = newNode;
		return (iterator)newNode;	// 显示类型转换
	}

	void push_back(const Type &value)
	{
		insert(end(), value);
	}

	void push_front(const Type &value)
	{
		insert(begin(), value);
	}

	// 删除操作
	iterator erase(iterator position)
	{
		list_node<Type> *next = position.node->next;
		list_node<Type> *prev = position.node->prev;
		prev->next = next;
		next->prev = prev;
		destroy_node(position.node);
		return (iterator)next;
	}

	void pop_back()
	{
		iterator tmp = end();
		erase(--tmp);
	}

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

	// 清除全部节点
	void clear()
	{
		list_node<Type> *pnode = node->next;
		while (pnode != node)
		{
			list_node<Type> *tmp = pnode->next;
			destroy_node(pnode);
			pnode = tmp;
		}
		node->next = node;
		node->prev = node;
	}

	// 删除值为value的全部节点
	void remove(const Type &value)
	{
		// 为了使用上面的erase，这里定义iterator而不是list_node
		iterator first = begin();
		iterator last = end();
		
		while (first != last)
		{
			iterator next = first;
			++next;
			if (*first == value)
				erase(first);
			first = next;
		}
	}

private:
	// 分配一个节点
	list_node<Type>* get_node()
	{
		return alloc.allocate(1);
	}

	// 释放一个节点
	void put_node(list_node<Type> *p)
	{
		alloc.deallocate(p, 1);
	}

	// 分配并构造一个节点
	list_node<Type>* create_node(const Type &value)
	{
		list_node<Type> *p = get_node();
		alloc.construct(&(p->data), value);
		return p;
	}

	// 析构并释放一个节点
	void destroy_node(list_node<Type> *p)
	{
		alloc.destroy(&(p->data));
		put_node(p);
	}

private:
	list_node<Type> *node;	// 空白节点，指向list.end()
	static std::allocator< list_node<Type> > alloc;	// 空间配置器
};

// 类中的静态成员一定要记得在类外定义，否则链接时会出错
template <class Type>
std::allocator< list_node<Type> > List<Type>::alloc;

#endif

析构函数忘记写了，这里补上：

	~List()
	{
		clear();
		if (node != NULL)
			delete node;
	}

測试代码：

int main()
{
	List<int> l;
	
	l.push_back(1);
	l.push_back(2);
	l.push_back(3);
	l.push_back(4);
	l.push_back(5);
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 1 2 3 4 5

	List<int>::iterator iter = find(l.begin(), l.end(), 3);
	iter = l.erase(iter);
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 1 2 4 5

	l.insert(iter, 123);
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 1 2 123 4 5

	l.push_front(0);
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 0 1 2 123 4 5

	l.pop_back();
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 0 1 2 123 4

	l.pop_front();
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// 1 2 123 4

	l.clear();
	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	// null

	l.push_back(1);
	l.push_back(2);
	l.push_back(3);
	l.push_front(4);
	l.push_front(5);
	l.push_front(6);

	l.remove(1);
	l.remove(2);
	l.remove(3);
	l.remove(5);

	copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

执行结果：

參考：

《STL源代码剖析》