28.STL中slist的实现
28.STL中slist的实现
1.链表结构
typedef struct _LinkNode
{
int data; //结点的数据域
struct _LinkNode* next; //结点的指针域
}LinkNode, LinkList; //LinkList 为指向结构体LNode 的指针类型
2.链表初始化
bool InitList(LinkList*& L)
{
L = new LinkNode;
if (!L) return false;//生成节点失败
L->next = NULL;
return true;
}
3.插入数据
3.1前插
//前插法
bool ListInsert_front(LinkList* &L, LinkNode *node)
{
if (!L || !node) return false;
node->next = L->next;
L->next = node;
}
3.2尾插
//尾插法
bool ListInsert_back(LinkList*& L, LinkNode* node)
{
LinkNode* last = NULL;
if (!L || !node) return false;
last = L;
while (last->next) last = last->next;
node->next = NULL;
last->next = node;
return true;
}
3.3任意位置插入元素
//指定位置插入元素
bool LinkInsert(LinkList*& L, int i, int& e)
{
if (!L) return false;
int j = 0;//当前位置
LinkList* p, *s;
p = L;
while (p && j < i - 1)//查找位置为i - 1的结点，p指向该结点
{
p = p->next;
j++;
}
if (!p || j > i - 1)//无效位置
{
return false;
}
s = new LinkNode;//生成新节点
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
}
4.打印
//打印
void LinkPrint(LinkList*& L)
{
LinkNode* p = NULL;
if (!L)
{
cout << "链表为空。";
return;
}
p = L->next;
while (p)
{
cout << p->data << "\t";
p = p->next;
}
cout << endl;
}
5.查询值
5.1按位置查找值
bool Link_GetElem(LinkList* &L, int i, int &e)//单链表的取值
{
//在带头结点的单链表L中查找第i个元素
//用e记录L中地i个元素的值
int index;
LinkList* p;
if (!L || !L->next) return false;
p = L->next;
index = 1;
while (p && index < i)//顺向向后扫描，直到p指向第i个元素或p为空
{
p = p->next;//p指向下一个结点
index++;//计数器index相应加1
}
if (!p || index > i)
return false;//i值不合法，i>n或i<=0
e = p->data;
return true;
}
5.2按值查找
bool Link_FindElem(LinkList* L, int e, int &index)//按值查找
{
//在带头结点的单链表L中查找值为e的元素
LinkList* p;
p = L->next;
index = 1;
if (!L || !L->next)
{
index = 0;
return false;
}
while (p && p->data != e)
{
p = p->next;
index++;
}
if (!p)
{
index = 0;
return false;//查无此值
}
return true;
}
6.单链表的删除
//单链表的删除
bool LinkDelete(LinkList * &L, int i)
{
LinkList* p, *q;
int index = 0;
p = L;
if (!L || !L->next) return false;
while ((p->next) && (index < i - 1))
{
p = p->next;
index++;
}
if (!p->next || (index > i - 1))//当i>n或i<1时，删除位置不合法
{
return false;
}
q = p->next;//临时保存被删结点的地址以备释放空间
p->next = q->next;//改变删除结点前驱结点的指针域
delete q;//释放被删除结点的空间
return true;
}
7.链表销毁
void LinkDestroy(LinkList*& L)//单链表的销毁
{
//定义临时结点p指向头结点
LinkList* p = L;
cout << "销毁链表！" << endl;
while (p)
{
L = L->next;//L指向下一个结点
delete p;//删除当前结点
p = L;//p移向下一个结点
}
}
完整代码
#include<iostream>
#include<string>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
typedef struct _LinkNode
{
int data; //结点的数据域
struct _LinkNode* next; //结点的指针域
}LinkNode, LinkList; //LinkList 为指向结构体LNode 的指针类型
bool InitList(LinkList*& L)
{
L = new LinkNode;
if (!L) return false;//生成节点失败
L->next = NULL;
L->data = -1;
return true;
}
//前插法
bool ListInsert_front(LinkList*& L, LinkNode* node)
{
if (!L || !node) return false;
node->next = L->next;
L->next = node;
return true;
}
//尾插法
bool ListInsert_back(LinkList*& L, LinkNode* node)
{
LinkNode* last = NULL;
if (!L || !node) return false;
last = L;
while (last->next) last = last->next;
node->next = NULL;
last->next = node;
return true;
}
//指定位置插入
bool LinkInsert(LinkList*& L, int i, int& e)
{
if (!L) return false;
int j = 0;
LinkList* p, * s;
p = L;
while (p && j < i - 1)
{
//查找位置为i-1 的结点，p 指向该结点
p = p->next;
j++;
}
if (!p || j > i - 1)
{
return false;
}
s = new LinkNode;//生成新节点
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return true;
}
void LinkPrint(LinkList*& L)
{
LinkNode* p = NULL;
if (!L)
{
cout << "链表为空." << endl;
return;
}
p = L->next;
while (p)
{
cout << p->data << "\t";
p = p->next;
}
cout << endl;
}
bool Link_GetElem(LinkList*& L, int i, int& e)//单链表的取值
{
//在带头结点的单链表L 中查找第i 个元素
//用e 记录L 中第i 个数据元素的值
int index;
LinkList* p;
if (!L || !L->next) return false;
p = L->next;
index = 1;
while (p && index < i)
{
//顺链表向后扫描，直到p 指向第i 个元素或p 为空
p = p->next; //p 指向下一个结点
index++; //计数器index 相应加1
}
e = p->data;
return true;
}
bool Link_FindElem(LinkList* L, int e, int& index) //按值查找
{
//在带头结点的单链表L 中查找值为e 的元素
LinkList* p;
p = L->next;
index = 1;
if (!L || !L->next)
{
index = 0;
return false;
}
while (p && p->data != e)
{
p = p->next;
index++;
}
if (!p)
{
index = 0;
return false;//查无此值
}
return true;
}
bool LinkDelete(LinkList*& L, int i) //单链表的删除
{
LinkList* p, * q;
int index = 0;
p = L;
if (!L || !L->next)
{
return false;
}
while ((p->next) && (index < i - 1))
{
p = p->next;
index++;
}
if (!p || index > i)
{
return false; //i 值不合法,i＞n 或i<=0
}
if (!p->next || (index > i - 1))
{
//当 i>n 或 i<1 时，删89除7位94置38不40合1理111
return false;
}
q = p->next; //临时保存被删结点的地址以备释放空间
p->next = q->next;//改变删除结点前驱结点的指针域
delete q; //释放被删除结点的空间
return true;
}
void LinkDestroy(LinkList*& L) //单链表的销毁
{
//定义临时节点p 指向头节点
LinkList* p = L;
cout << "销毁链表!" << endl;
while (p)
{
L = L->next;//L 指向下一个节点
cout << "删除元素: " << p->data << endl;
delete p; //删除当前节点
p = L; //p 移向下一个节点
}
}
int main(void)
{
LinkList* L = NULL;
LinkNode* s = NULL;
//1. 初始化一个空的链表
InitList(L);
//2. 使用前插法插入数据
/*int n;
cout<<"前插法创建单链表"<<endl;
std::cout<<"请输入元素个数n：";
cin>>n;
cout<<"\n 请依次输入n 个元素：" <<endl;
while(n>0)
{
s = new LinkNode; //生成新节点s
cin>>s->data;
ListInsert_front(L, s);
n--;
}
*/
//3. 使用尾插法插入数据
/*
int n;
cout<<"尾插法创建单链表"<<endl;
std::cout<<"请输入元素个数n：";
cin>>n;
cout<<"\n 请依次输入n 个元素：" <<endl;
while(n>0)
{
s = new LinkNode; //生成新节点s
cin>>s->data;
ListInsert_back(L, s);
n--;
}
*/
//4. 单链表的输出
LinkPrint(L);
//5.任意位置插入元素
for (int j = 0; j < 3; j++)
{
int i, x;
cout << "请输入插入的位置和元素（用空格隔开）:";
cin >> i;
cin >> x;
if (LinkInsert(L, i, x)) {
cout << "插入成功.\n\n";
}
else {
cout << "插入失败!\n\n";
}
LinkPrint(L);
}
//6. 单链表根据位置获取元素
int element = 0;
if (Link_GetElem(L, 2, element))
{
cout << "获取第二个元素成功, 值：" << element << endl;
}
else
{
cout << "获取第二个元素失败!" << endl;
}
//7. 单链表根据值查询元素所在的位置
int index = 0;
if (Link_FindElem(L, 10, index))
{
cout << "查找元素10 存在,所在位置: " << index << endl;
}
else
{
cout << "不存在元素10." << endl;
}
//8. 单链表删除元素
if (LinkDelete(L, 2))
{
cout << "删除第2 个元素成功!" << endl;
LinkPrint(L);
}
else
{
cout << "删除第2 个元素失败!" << endl;
}
//9. 销毁单链表
LinkDestroy(L);
system("pause");
return 0;
}
参考资料：
奇牛学院
1.接口总览
namespace qgw
{
/// @brief forward_list 中每个节点
/// @tparam T 节点存储的数据类型
template <class T>
struct _forward_list_node
{
_forward_list_node(const T& data = T()); // 节点类的构造函数
_forward_list_node<T>* _next; // 指向后一节点
T _data; // 存储节点数据
};
/// @brief forward_list 的迭代器
/// @tparam T forward_list 数据的类型
/// @tparam Ref 数据的引用类型
/// @tparam Ptr 数据的指针类型
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct _forward_list_iterator
{
typedef _forward_list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _forward_list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef _forward_list_node<T> forward_list_node;
// 构造函数
_forward_list_iterator(forward_list_node* node = nullptr);
// 各种运算符重载
bool operator==(const self& x) const;
bool operator!=(const self& x) const;
reference operator*() const;
pointer operator->() const;
self& operator++();
self operator++(int);
forward_list_node* _node; // 指向对应的 forward_list 节点
};
template <class T>
class forward_list
{
public:
typedef T* pointer;
typedef const T* const_pointer;
typedef T& reference;
typedef const T& const_reference;
typedef _forward_list_node<T> forward_list_node;
typedef _forward_list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _forward_list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
public:
// 默认成员函数
forward_list();
forward_list(const forward_list<T>& other);
forward_list<T>& operator=(const forward_list<T>& other);
~forward_list();
// 元素访问
reference front();
const_reference front() const;
// 迭代器
iterator begin();
const_iterator begin() const;
iterator end();
const_iterator end() const;
// 容量
bool empty() const;
// 修改器
void clear();
iterator insert_after(iterator pos, const_reference val);
void push_front(const_reference val);
iterator erase_after(iterator pos);
void pop_front();
void swap(forward_list& other);
private:
forward_list_node* _node;
};
}
2.forward_list 的节点
forward_list 节点的设计与 list 的节点类似，只需两个成员变量：一个节点指针和数据。
构造函数将数据初始化为给定数据，再将 _next 指针初始化为空。
/// @brief 节点类的构造函数
/// @param data 用来构造节点的初值
_forward_list_node(const T& data = T()) : _data(data)
{
_next = nullptr;
}
3.默认成员函数
3.1默认构造函数
因为实现的是的单向带头循环链表，所以要在构造函数创建一个头节点，并将 _next 指针指向自己。
/// @brief 构造一个空链表
forward_list()
{
_node = new forward_list_node; // 创建一个头节点
_node->_next = _node; // 后面指向自己
}
3.2析构函数
forward_list 的析构函数，先调用 clear() 释放数据资源，再 delete 掉头节点即可。
/// @brief 释放资源
~forward_list()
{
clear();
delete _node;
_node = nullptr;
}
3.3forward_list 的迭代器
forward_list 的节点在内存中不是连续存储的，因此不能使用原生指针作为 forward_list 的迭代器。
由于 forward_list 是一个单向链表，迭代器必须具备后移的能力，所以 forward_list 提供的是 Forward Iterator。
3.4构造函数
forward_list 的迭代器中成员变量只有一个节点指针，将其初始化为给定的节点指针。
/// @brief 迭代器的构造函数
/// @param node 用来构造的节点
_forward_list_iterator(forward_list_node* node = nullptr)
{
_node = node;
}
3.5operator==
两个 forward_list 迭代器的比较，实际上比较的是迭代器所指向的节点，指向同一节点即为两迭代器相同。
/// @brief 判断两迭代器指向的节点是否相同
/// @param x 用来比较的迭代器
/// @return 相同返回 true，不同返回 false
bool operator==(const self& x) const
{
return _node == x._node;
}
3.6operator!=
operator!= 的实现可以借助 operator==，直接调用判断是否相等的函数，然后返回相反的结果。
/// @brief 判断两迭代器指向的节点是否不同
/// @param x 用来比较的迭代器
/// @return 不同返回 true，相同返回 false
bool operator!=(const self& x) const
{
return !operator==(x);
}
3.7operator*
当我们对一个指针进行解引用时会发生什么，我们会得到指针指向的数据。同理，我们对迭代器进行解引用，得到的是迭代器中节点指针所指向变量的值。
/// @brief 获取指向节点中的数据值
/// @return 返回指向节点数据的引用
reference operator*() const
{
return (*_node)._data;
}
3.8operator->
假如我们有如下数据类：
// 有一个 Person 类，里面有身高和体重两个成员
struct Person
{
double height;
double weight;
};
此时，我们的数据不再是单一的变量了，而是一个结构体变量。我们想读取其中的数据，该怎么操作呢？
Person p1 = { 165, 105 };
Person* p = &p1;
cout << (*p).height << endl; // 获取身高数据
cout << p->weight << endl; // 获取体重数据
我们可以先对直接解引用得到一个 Person 对象，再用 . 操作符访问其中的变量。
当然我们也可以选择对 Person* 使用 -> 操作符访问结构体内的变量。
于是乎，operator-> 的功能也就很清晰了。当我们对迭代器使用 -> 时我们可以直接访问节点中的变量。也就是说，我们有一迭代器 iter，其中迭代器中存储的数据类型为 Person，当我们使用 iter->height 时，可以直接获取到身高。
/// @brief 获取节点中数据的地址
/// @return 返回节点指向的数据的地址
pointer operator->() const
{
return &(operator*());
}
看了实现你可能会疑惑 iter-> 获得的明明是结构体的指针，后面应该再跟一个 -> 箭头才对。是的没错，确实应该是这样，不过 iter->->height 的可读性比较差，所以编译器会在编译时自动为我们添加一个箭头。
3.9operator++
operator++ 运算符的作用是让迭代器指向 forward_list 中下一节点。因为 forward_list 是单链表不能向前移动，所以不用实现 operator--。
前置实现的思路是：通过迭代器中的节点指针找到下一节点，然后赋值给迭代器中的节点指针。
后置实现的思路是：先拷贝一份当前位置的迭代器，然后调用前置 ++，最后返回临时变量。
需要注意的是：前置 ++ 返回的是前进后迭代器的引用，后置 ++ 返回的是一个临时变量。
/// @brief 前置 ++
/// @return 返回前进一步后的迭代器
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
/// @brief 后置 ++
/// @param 无作用，只是为了与前置 ++ 进行区分，形成重载
/// @return 返回当前的迭代器
self operator++(int)
{
self tmp = *this;
++(*this);
return tmp;
}
4.元素访问
4.1front
front() 获取容器首元素的引用，调用 begin() 得到首元素的迭代器，再解引用即可。
因为 forward_list 的迭代器只能单向移动，故不能快速获得链表中最后一个节点。
/// @brief 返回容器首元素的引用
/// @return 首元素的引用
reference front()
{
return *begin();
}
// 与上面唯一不同就是用于 const 容器
const_reference front() const
{
return *begin();
}
4.2迭代器
4.3begin
begin() 获取的是首元素的迭代器，根据上图，直接返回头节点的下一位置即可。
/// @brief 返回指向 forward_list 首元素的迭代器
/// @return 指向首元素的迭代器
iterator begin()
{
// 根据节点指针构造迭代器
return iterator(_node->_next);
}
// const 版本供 const 容器使用
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_node->_next);
}
4.4end
end() 获取的是最后一个元素下一个位置的迭代器，根据上图就是 _node 所指向的节点。
/// @brief 返回指向 forward_list 末元素后一元素的迭代器
/// @return 指向最后元素下一位置的迭代器
iterator end()
{
// 调用 iterator 构造函数
return iterator(_node);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_node);
}
5.修改器
5.1insert_after
根据 STL 的习惯，插入操作会将新元素插入于指定位置之前，而非之后。然而 forward_list 是一个单向链表，它没有任何方便的方法可以定位出前一个位置，它必须从头找。因此，forward_list 中提供的插入操作，是插入在指定位置之后。
下图为：只有 0、1 两个元素的单链表，在 0 之后插入元素值为 2 的节点的示意图。
插入的过程非常简单：
1.创建一个要插入的节点
2.插入节点的 _next 指向 pos 后一位置的节点
3.pos 的 _next 指向要插入的节点
/// @brief 在容器中的指定位置后插入元素
/// @param pos 内容将插入到其后的迭代器
/// @param val 要插入的元素值
/// @return 指向被插入元素的迭代器
iterator insert_after(iterator pos, const_reference val)
{
forward_list_node* tmp = new forward_list_node(val); // 创建要插入的节点
tmp->_next = pos._node->_next; // (1)
pos._node->_next = tmp; // (2)
return tmp;
}
5.2push_front
push_front 的作用是在容器起始处插入元素。
直接调用 insert_after() 插入就行，需要注意的是，insert_after() 是在给定位置之后插入，所以应传入头节点对应的迭代器位置。
/// @brief 头插给定元素 val 到容器起始
/// @param val 要头插的元素值
void push_front(const_reference val)
{
// end() 返回头节点位置的迭代器，在这之后插入是头插
insert_after(end(), val);
}
5.3erase_after
下图为：有三个元素 0、1、2 的链表，删除 pos 指向节点之后节点（值为 1）的示意图。
删除的过程非常简单：
1.记录 pos 的下一节点 nextNode
2.将 pos 的 _next 指向 nextNode 的下一个节点
3.delete 释放掉 nextNode 所指向的节点
/// @brief 从容器移除 pos 后面一个元素
/// @param pos 指向要被移除元素前一个元素的迭代器
/// @return 最后移除元素之后的迭代器
iterator erase_after(iterator pos)
{
forward_list_node* nextNode = pos._node->_next; // 记录 pos 指向节点的下一节点
pos._node->_next = nextNode->_next; // (1)
delete (nextNode);
return (iterator)(pos._node->_next);
}
5.4pop_front
pop_front() 移除容器的首元素，也就是 end() 指向的下一节点。
/// @brief 移除容器首元素
void pop_front()
{
erase_after(end());
}
5.5clear
clear() 用于清空容器所有数据，不清理头节点。
要注意 erase_after() 删除给定位置下一个节点，end 的下一个是第一个元素，这样以次删除直到容器为空，即只剩一个头节点。
/// @brief 从容器擦除所有元素
void clear()
{
while (!empty())
{
erase_after(end());
}
}
5.6swap
swap() 用来交换两个 forward_list容器，不用交换 forward_list 中每个元素的值，直接交换 _node 指针即可。
/// @brief 将内容与 other 的交换
/// @param other 要与之交换内容的容器
void swap(forward_list& other)
{
std::swap(_node, other._node);
}
