双向链表List类模板的实现

双向链表List类模板的实现

1.考虑设计时需提供的类

• List类本身，它包含连接到表两端的链、表的大小，以及一些方法。
• Node类，可能是一个私有的内嵌类。一个节点包含数据和指向前后两个节点的两个指针，以及一些适当的构造函数。
• const_iterator类，它抽象了位置的概念，是一个公有的内嵌类。该const_iterator存储一个指向“当前”节点的指针，并提供基本迭代器操作的实现，所有的操作，像=、==、!= 和 ++ 等，均以重载运算符的形式出现。
• iterator类，它抽象了位置的概念，是一个公有的内嵌类。该iterator有着与const_iterator相同的功能，但operator* 返回的是所指项的引用，而不是对该项的常量引用。一个重要的技术问题是，iterator可以用在任何需要const_iterator的例程中，但反之不真。换句话说，iterator是一个const_iterator。

2.List中的附加节点设计

头节点(header node): 在表的前端创建一个附加节点，逻辑上代表开始标志。
尾节点(tail node): 在表的终端创建一个终端标记(endmarker)。
使用这些附加节点的好处在于，它们通过排除一些特殊情况大大地简化了编码过程。例如，如果我们不使用头节点，那么删除第一个节点就变成了一种特殊情形，因为我们在删除期间必须重新安置链表对第一个节点的连接，还因为删除算法一般需要访问正在被删除的节点前面的节点(而没有头节点，则第一个节点就没有在它前面的节点)。

#pragma once
#include<algorithm>
template<typename Object>
class List {
private:
	struct Node {
		Object element;
		Node* pre;
		Node* next;
		Node(const Object& e=Object{ }, Node* p = nullptr, Node* n = nullptr)
			:element{e},pre{p},next{n}{}
		Node(Object&& e, Node*& p = nullptr, Node*& n = nullptr)
			:element{ std::move(e)}, pre{p}, next{n}{}
	};
	int theSize;
	Node* head;
	Node* tail;
 
	void init() {
		theSize = 0;
		head = new Node;
		tail = new Node;
		head->next = tail;
		tail->pre = head;
	}
 
public:
	//List类的内嵌const_iterator类
	class const_iterator {
	protected:
		Node* current;
		Object& retrieve()const { return current->element; };
		const_iterator(Node*p):current{p}{}
 
		friend class List<Object>; //赋予List类访问const_iterator的非公有成员的权力
 
	public:
		const_iterator():current{nullptr}{}
		const Object& operator*()const {
			return retrieve();
		}
		const_iterator& operator++() { //重载前缀自增运算符
			current = current->next;
			return *this;
		}
		/**
		*  C++规定，通过为前缀形式指定空参数表而为后缀形式指定(匿名的)单参数int来赋予他它们不同的
		* 特征。即，++itr调用零参数的operator++，而itr++调用单参数operator++。可以看出，在存在选用
		* 前缀或后缀operator++的许多场合下，前缀形式要比后缀形式更快。
		*/
		const_iterator& operator++(int) {
			const_iterator old = *this;
			++(*this);
			return old;
		}
 
		bool operator==(const const_iterator& rhs)const {
			return current == rhs.current;
		}
		bool operator!=(const const_iterator& rhs)const {
			return !(*this == rhs);
		}
	};
 
	//List类的嵌套iterator类
	class iterator :public const_iterator {
	protected:
		iterator(Node*p):const_iterator{p}{}
		friend class List<Object>;
	public:
		iterator(){}
		Object& operator*() {
			return const_iterator::retrieve();
		}
		const Object& operator*()const {
			return const_iterator::operator*();
		}
		iterator& operator++() {
			this->current = this->current->next;
			return *this;
		}
		iterator& operator++(int) {
			iterator old = *this;
			++(*this);
			return old;
		}
	};
 
public:
	List() { init();}
	List(const List& rhs) {
		init();
		for (auto& x : rhs)
			push_back(x);
	}
	List(List&& rhs) :theSize{ rhs.theSize }, head{ rhs.head }, tail{ rhs.tail }
	{
		rhs.theSize = 0;
		rhs.head = rhs.tail = nullptr;
	}
 
	~List() {
		clear();
		delete head;
		delete tail;
	}
	List& operator=(const List& rhs) {
		List copy = rhs;
		std::swap(*this, copy);
		return *this;
	}
	
	List& operator=(List&& rhs) {
		std::swap(theSize, rhs.theSize);
		std::swap(head, rhs.head);
		std::swap(tail, rhs.tail);
		return *this;
	}
 
	iterator begin() {
		return { head->next };
	}
	const_iterator begin()const {
		return { head->next };
	}
	iterator end() {
		return tail;
	}
	const_iterator end()const {
		return tail;
	}
 
	int size()const { return theSize;}
	bool empty()const { return theSize == 0;}
 
	void clear() {
		while (!empty())
			pop_front();
	}
	Object& front() { return *begin();}
	const Object& front()const { return *begin();}
 
	Object& back() { return *--end();}
	const Object& back()const { return *--end();}
 
	void push_front(const Object& x) {
		insert(begin(), x);
	}
	void push_front(Object&& x) {
		insert(begin(), std::move(x));
	}
 
	void push_back(const Object& x) {
		insert(end(), x);
	}
	void push_back(Object&& x) {
		insert(end(), std::move(x));
	}
 
	void pop_front() {
		erase(begin());
	}
	void pop_back() {
		erase(--end());
	}
 
	//获取一个新节点，按顺序修改指针再将新节点插入双向链表
	//在itr前插入x
	iterator insert(iterator itr, const Object& x) {
		Node* p = itr.current;
		theSize++;
		return { p->pre = p->pre->next = new Node{x,p->pre,p} };
	}
	iterator insert(iterator itr, Object&& x) {
		Node* p = itr.current;
		theSize++;
		return { p->pre = p->pre->next = new Node{std::move(x),p->pre,p}};
	}
 
	//从双向链表中删除由itr处的项
	iterator erase(iterator itr) {
 
		Node* p = itr.current;
		iterator retVal{ p->next }; //返回删除后指向该位置的迭代器，原来的itr失效
		p->pre->next = p->next;
		p->next->pre = p->pre;
		delete p;
		theSize--;
		return retVal;
	}
	iterator erase(iterator from, iterator to) {
		for (iterator itr = from; itr != to;)
			itr = erase(itr);
		return to;
	}
};