STL-list模拟实现

#pragma once
#include"16my_Itetator.h" //测试用
#include<iostream> //测试用
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
namespace test
{
    //struct默认权限是public,一般也不会加权限,class才会(需要封装时使用class)
    //结点使用struct的好处是开放结点,可以直接访问.不用重载流插入(stl也没重载),
    
    template<class T>
    struct list_node
    {
        //一个完整的结点,包含前,后,和自己
        list_node<T>* _next;
        list_node<T>* _prev;
        T _data;//

        //使用全缺省匿名对象(只要是模板,都得传对象,自定义类型接收的必须是实体对象)构造
        //list中使用是分配器分配空间,所以没写构造函数
        list_node(const T& x = T())//此处为方便不使用分配器,直接初始化个匿名对象
            : _next(nullptr)
            , _prev(nullptr)
            , _data(x)
        {}

        //移动构造
        list_node(T&& x = T())//此处为方便不使用分配器,直接初始化个匿名对象
            : _next(nullptr)
            , _prev(nullptr)
            , _data(std::forward<T>(x))
        {}

        //拷贝原理 
        
        /**
         * 
         *  list<int> lt(1) 初始化过程：
         *     先走拷贝构造，
         *     走init建一个头结点
         *     然后insert, insert中会建一个新结点, 值为1, 完成插入
         * 
         *     list<list<int>> lt1 初始化过程
         *     走默认构造, 空初始化一个list<T>头结点的过程(newnode之前), 再走默认构造, 建一个list<int>结点的匿名对象, 走的是拷贝构造(匿名对象传给x),
         *  将匿名对象拷贝进去.析构匿名对象, list<list<int>>默认构造完成
         * 
         *     list<list<int>> lt2(lt1) 初始化过程
         *     走拷贝构造, empty(就是头结点过程), ... 和lt1初始化过程一样
         *     建一个临时变量(接收迭代器构造的list)走迭代器构造, empty(建一个lt1的头结点), push_back
         *     交换头和临时头的内容, 完成拷贝构造
         * 
         *     在第一层迭代器构造中, 将lt1插进的过程有两层拷贝构造
         *     第一层拷贝构造 -- x == lt1
         *     push过程newnode(x == lt)->第二层拷贝构造:--通过初始化列表走的 解决问题
         * 
         *     综合发现 : 多重结点类只需要完成第一层深拷贝, 即可完成多层深拷贝
         *     因为每次都会new新结点, 且初始化列表赋值过程不是值拷贝, 而是会调用类类型的构造函数
         */



    };

    //这里声明的是list专用的迭代器 -- 实例化后能用于访问list
    //迭代器用于访问结点
    template<class T, class Ref, class Ptr>//Ref会接收参数 -- Ref会接收T&和const T&等,一个模板解决
    struct __list_iterator
    {
        //成员类型
        typedef list_node<T> node;
        typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self; //只管接收


        //成员变量
        node* _node; //成员变量只需要1个结点指针,通过这个结点指针的各种操作来模拟指针

        //通过结点的指针来构造迭代器,模仿指针
        __list_iterator(node* n)
            :_node(n)
        {}
        //不用写拷贝构造,直接值拷贝就行了,需要的就是值拷贝,指向同一个结点

        //list迭代器不用写析构函数,因为迭代器接收的是list结点,由list负责即可


        //指针操作运算符重载,模拟指针

        //解引用重载能够模拟指针返回的是结点的data,和string,vector迭代器一样
        //
        /**
         * 模拟指针的方法
         * 我们对list的迭代器来说,
         * 为了符合习惯的指针用法
         * 对于结构体,实体可以通过成员访问修饰符去访问成员
         * 
         * 设struct AA{_a1,_a2};如AA._a1 , (&AA)->_a1
         * list<AA> iterator it = lt.begin();要想list<AA>能实现通过list迭代器实现上述功能,我们对迭代器运算符进行重载
         * 由于我们迭代器模拟的是元素的指针,list中的元素是AA,所以让it模拟成AA的指针:&AA
         * 我们希望迭代器能做到和基本类型一样有(*it)._a1 ,it->_a1;
         * 所以,我们将迭代器重载为
         * *it  返回 AA   //然后it便可以实现(*it)._a1;
         * it-> 返回 &AA  //目的是it可以实现it->_a1 ，实际上要访问_a1的过程是it->->_a1,但这样并不协调,为了可读性,所以编译器会将其优化成为it->_a1;
         * 
         * 可以发现,要实现it->并不容易,it毕竟是个结构体,这么实现是个很好的思路
         * 
         * 运算符重载的其中一个目的是可读性要强
         * 
         */

        Ref operator*()
        {
            return _node->_data;
        }
        //箭头重载很难理解,编译器做了一定优化,后续再学习
        //这个重载是会有编译器优化的

        Ptr operator->()
        {
            return &(_node->_data);
        }

        self& operator++()
        {
            _node = _node->_next;
            return *this;
        }
        //后置++返回的是一个拷贝,对原数据没有影响,安全
        self operator++(int)
        {
            self tmp = *this;//将原数据拷贝一份
            _node = _node->_next;
            return tmp;//返回拷贝
        }
        self& operator--()
        {
            _node = (*_node)._prev;
            return *this;
        }
        self operator--(int)
        {
            self tmp = *this;
            _node = _node->_prev;
            return tmp;
        }
        bool operator!=(const self& x)
        {
            return _node != x._node;
        }
        bool  operator==(const self& x)
        {
            return _node == x._node;
        }
    };

//list_const_iterator : const迭代器需要另写一个类 -- 优化:增加模板参数
    //template<class T>
    //struct __list_const_iterator
    //{
    //    typedef list_node<T> node;
    //    typedef __list_const_iterator<T> self;
    //    node* _node; 
    //    __list_const_iterator(node* n)
    //        :_node(n)
    //    {}

    //    const T& operator*()
    //    {
    //        return _node->_data;
    //    }
    //    const T* operator->()
    //    {
    //        return &(_node->date);
    //    }

    //    self& operator++()
    //    {
    //        _node = _node->_next;
    //        return *this;
    //    }
    //    self operator++(int)
    //    {
    //        self tmp = *this;
    //        _node = _node->_next;
    //        return tmp;
    //    }
    //    self& operator--()
    //    {
    //        _node = (*_node)._next;
    //        return *this;
    //    }
    //    self operator--(int)
    //    {
    //        self tmp = *this;
    //        _node = _node->_next;
    //        return tmp;
    //    }
    //    bool operator!=(const self& x) 
    //    {
    //        return _node != x._node;
    //    }
    //    bool  operator==(const self& x)
    //    {
    //        return _node == x._node;
    //    }
    //};



    template<class T>
    class list
    {
    private:
        typedef list_node<T> node;
    public:
        //正向迭代器类型重命名
        typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator;
        typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator; 

        //反向迭代器类型重命名
        typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
        typedef ReverseIterator<iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
//tese
//static int Swap;
//static int destruct;
//static int itstruct;
//static int cpstruct;

        //iterator
//返回迭代器,目的是按规范通过迭代器访问结点
//虽然迭代器不是原生指针,但是list迭代器重载了解引用运算符*,可以和指针一样解引用就能得到数据
        iterator begin()
        {
            //不能直接返回链表头结点的下一个的指针,因为链表的存储空间不连续,不能对指针直接加加减减,所以需要迭代器

            
            //需要实例化迭代器后才能使用迭代器
            //iterator it(_head->_next);
            //return it;

            //可以使用C++提供的匿名对象来简化代码
            return iterator(_head->_next);//正向迭代器类接收链表指针构造出正向迭代器实体
        }
        const_iterator begin() const //const修饰的*this,也就是链表,所以链表不能修改
        {
            return const_iterator(_head->_next);
        }
        iterator end()
        {
            //返回链表头结点的迭代器
            return iterator(_head);
        }
        const_iterator end()const
        {
            return const_iterator(_head);
        }

        //反向迭代器
        reverse_iterator rbegin() //
        {
            return reverse_iterator(end());//返回反向迭代器(适配器)接收正向迭代器的对象构造出反向迭代器
        }
        const_reverse_iterator rbegin() const
        {
            return const_reverse_iterator(end());
        }
        reverse_iterator rend() 
        {
            return reverse_iterator(begin());
        }
        const_reverse_iterator rend() const
        {
            return const_reverse_iterator(begin());
        }

        //list操作这边和数据结构的带头双向循环链表差不多,重点是iterator.写操作前写将迭代器整出来
    private:
        node* _head;//链表的操作就是从一个头开始,所以链表的成员就一个头指针
    public:
        //构造函数目前只写三个,1.无参,只创建头结点 2.迭代器构造 3.初始化n个结点 (不想写)

        //只构造了一个头结点
        list()
        {
            //cout << "list(" << this <<")" << endl;
            empty_init();
        }
        list(const T& x)
        {
            empty_init();
            push_back(x);
        }
        //list(const T& x)
        //{
        //    empty_init();//建一个头结点
        //    //...
        //        push_back(x);
        //}

//全缺省多个结点构造
        //list(size_t n , const T& x = T())
        //{
        //    cout << "list(size_t n , const T& x = T(" << this << ")))" << endl;
        //    empty_init();//建一个头结点
        //    //...
        //    while (n)
        //    {
        //        push_back(x);
        //        --n;
        //    }
        //}
        //list(int n , const T& x = T())
        //{
        //    cout << "list(int n , const T& x = T(" << this << ")))" << endl;
        //    empty_init();//建一个头结点
        //    //...
        //    while (n)
        //    {
        //        push_back(x);
        //        --n;
        //    }
        //}

//迭代器构造
        //深拷贝核心:只要进迭代器,就可以深拷贝
        template <class InputIterator> //可以接收任意类型的迭代器,不只是自己的迭代器
        list(InputIterator first, InputIterator last)
        {
            //cout << "list(InputIterator first, InputIterator last) " << this << ")" << endl;
            empty_init();//建一个头结点
            while (first != last)
            {
                push_back(*first);//"new"一个结点,拷x进来,++first,再new一个结点,拷x进来,通过这样实现了深拷贝,new关键字容易忽略,就是malloc
                ++first;
            }
        }
        void swap(list<T>& tmp)
        {
            //cout << "list(InputIterator first, InputIterator last)" << this << ")" << endl;
            std::swap(_head, tmp._head);
        }
//拷贝构造
        list(const list<T>& lt)
        {
            //深拷贝时,第一次拷贝构造是list<list<int>>,因为构造一个匿名对象,此时x是list<int> , 第二次是list<int>,拷贝构造给此时

            empty_init();
            list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); //深拷贝
            swap(tmp);
        }
        
        //此处不是深拷贝核心 -- 赋值初始化时的深拷贝
        list<T>& operator=(list<T> lt) //:传值传参->拷贝构造+迭代器构造,深拷贝
        //赋值运算符重载：操作数是list<list<>>,在非初始化时走这里,lt1 = lt2
        //使用到的场景，直接赋值给另一个对象：lt1 = lt2 :
        {
            //cout << "operator="<<endl;
            swap(lt);
            return *this;
        }

//移动构造
        list(list&& lt)
        {
            empty_init();
            list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); //深拷贝
            swap(tmp);
        }

        void empty_init()
        {
            //cout << "empty_init()" << this << ")" << endl;
            _head = new node(T());
            _head->_next = _head;
            _head->_prev = _head;
        }

        ~list()
        {
            //cout << "~list()" << this << ")"<<endl;
            clear();
            delete _head;
            _head = nullptr;
        }
        //clear:保留头结点,其他全部清空
        void clear()
        {
            iterator it = begin(); //begin用于初始化it,调用默认生成的值拷贝拷贝构造
            while (it!=end())
            {
                //it = erase(it);
                erase(it++);
            }
        }



        //Capacity
        //size实现需要迭代器计算链表长度会用就行


        //modifiers
        //插入
        //这里的传进来的迭代器是list的迭代器
        void insert(iterator pos , const T& x ) //insert没有迭代器失效问题,pos依然指向同一个结点
        {
            //cout << "insert" << *this << ")" << endl;
            node* cur = pos._node;
            node* prev = cur->_prev;
            node* new_node = new node(x);  //new阿！！！！！！！！！！！！！！！！！new是开辟新结点，然后再把x赋值进去--直接实现了深拷贝6666

            prev->_next = new_node;
            new_node->_prev = prev;
            new_node->_next = cur;
            cur->_prev = new_node;
        }

        //移动构造
        void insert(iterator pos, T&& x) //insert没有迭代器失效问题,pos依然指向同一个结点
        {
            //cout << "insert" << *this << ")" << endl;
            node* cur = pos._node;
            node* prev = cur->_prev;
            node* new_node = new node(std::forward<T>(x));  //new阿！！！！！！！！！！！！！！！！！new是开辟新结点，然后再把x赋值进去--直接实现了深拷贝6666

            prev->_next = new_node;
            new_node->_prev = prev;
            new_node->_next = cur;
            cur->_prev = new_node;
        }

        //删除
        iterator erase(iterator pos) //迭代器失效(野指针),返回链表下一个位置的迭代器
        {
            node* prev = pos._node->_prev;
            node* next = pos._node->_next;

            prev->_next = next;
            next->_prev = prev;
            delete pos._node;
            return iterator(next);
        }
        //尾插
        void push_back(const T& x) //插入必须有具体值,总不能插入一个匿名对象
        {
            //cout << "push_back" << this << ")" << endl;
            //node* n = new node(x);
            //node* tail = _head->_prev;
            //n->_prev = tail;
            //tail->_next = n;
            //n->_next = _head;
            //_head->_prev = n;
            insert(end(), x);
        }

        //右值引用版本
        void push_back(T&& x)
        {
            insert(end(), std::forward<T>(x));
        }

        //头插
        void push_front(const T& x)
        {
            //node* n = new node(x);
            //
            //n->_next = _head->_next;
            //_head->_next->_prev = n;
            //n->_prev = _head;
            //_head->_next = n;
            insert(begin(), x);
        }
        //头删
        void pop_front()
        {
            //node* cur = _head->_next ; //记录要删除的当前结点
            //cur->_next->_prev = _head;
            //_head->_next = cur->_next;
            //delete cur;
            erase(begin());
        }
        //尾删
        void pop_back()
        {
            //node* cur = _head->_prev;
            //cur->_prev->_next = _head;
            //_head->_prev = cur->_prev;
            //delete cur;
            erase(--end());
        }

    };
    //std::ostream& operator<<(std::ostream& out ,list<> )
    //{

    //}



    //测试用例


    //深拷贝验证
    void test_list1()
    {
        //using namespace std;
        list<int> lt(1);
        lt.push_back(2);
        //lt.push_back(3);
        //lt.push_back(4);
        //for (auto x : lt)
        //{
        //    cout << x << endl;
        //}
        //list<int>::iterator it = lt.begin();
        //while (it != lt.end())
        //{
        //    cout << *it << endl;
        //    ++it;
        //}
        list<list<int>> lt1;
        lt1.push_back(lt);
        //lt1.push_back(list<int>(1,1));
        //lt1.push_front(list<int>(1));
        //list<list<int>>::iterator it = lt1.begin();
        //lt1.insert(it, list<int>(2));
        //lt1.erase(it);
        //list<list<int>> lt2(lt1);
        //list<list<int>> lt2 = lt1;
        //lt2.push_back(list<int>(2));
        //lt2.push_back(list<int>(2));
        //lt2.push_back(list<int>(2));
        //lt2.pop_back();
        //lt2.pop_front();


        //list<int> lt1(1,1);
        //lt1.push_back(2);
        //list<int>::iterator it = lt1.begin();
        //cout << *it;

    }

    //迭代器const 运算符重载 
    void print_list(const list<int>& lt)
    {

        list<int>::const_iterator it = lt.begin();
        while (it != lt.end())
        {
            //++(*cit);

            std::cout << *it << std::endl;
            ++it;
        }
    }
    void test_list2()
    {
        list<int> lt;
        lt.push_back(1);
        lt.push_back(2);
        lt.push_back(3);
        print_list(lt);
    }


    //迭代器运算符*,->重载,多模板参数
    struct AA
    {
        int _a1;
        int _a2;

        AA(int a1 = 0, int a2 = 0)
            :_a1(a1)
            , _a2(a2)
        {}
    };
    void test_list3()
    {
        list<AA> lt;
        lt.push_back(AA(1, 1));
        lt.push_back(AA(2, 2));
        lt.push_back(AA(3, 3));

        // AA* ptr
        list<AA>::iterator it = lt.begin();
        while (it != lt.end())
        {
            //cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;        
            std::cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << std::endl;
            //cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a1 << endl;
            ++it;
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    void test_list4()
    {
        list<int> lt1;
        lt1.push_back(1);
        lt1.push_back(2);
        lt1.push_back(3);
        lt1.push_back(4);
        //list<int>::iterator it = lt1.begin();
        //while (it != lt1.end())
        //{
        //    cout << *it << " ";
        //    ++it;
        //}
        cout << endl<< "=============" << endl;
        list<int>::reverse_iterator rit = lt1.rbegin();
        while (rit != lt1.rend())
        {
            cout << *rit << " ";
            ++rit;
        }

    }
    
}