STL源码笔记(16)—单链表slist
来源:互联网 发布:网络贷款诈骗方式 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 05:08
STL单链表slist简介
概述
slist(Single linked list)顾名思义,是一个单向链表,这个容器并不在标准规格之内,在我几年的代码学习生涯中也是第一次听说,既然侯老师的书中提到了,那也还是学习一蛤。
slist与list的主要差别是,前者的迭代器属于单向的Forward Iterator(可读写),后者的迭代器属于双向的Bidirectional Iterator(可以双向读写)。看起来slist的功能应该会不如list,但由于其单向链表的实现,其消耗的空间更小,某些操作更快。
回忆数据结构中在单链表的某个位置插入元素的过程,slist的底层实现就是单链表,因此会遇到我们曾经遇到过的麻烦:在某个位置插入时,必须要用一个指针从头到尾找到待插入位置的前一个位置。这便是在slist的一个大的缺点之一,因此,书中提到,在非起点位置使用insert或erase的算法是不智之举。
slist源码实现
在SGI STL源码中,slist的实现位于stl_slist.h
中
节点设计
容器的核心就是其底层存储于迭代器设计了,对于节点设计,使用了继承的关系,实际上简单的来说就是单链表的节点:指向下一个节点的指针和数据
代码实现如下:
//stl_slist.h//单向链表的节点结构struct _Slist_node_base{ _Slist_node_base* _M_next;};//使用继承来实现单链表的节点结构:指针+数据 template <class _Tp>struct _Slist_node : public _Slist_node_base{ _Tp _M_data;};
基于单链表的特性和节点的结构,源码中提供了不少内部全局函数,这些函数不对外开放的,仅仅在某些对外使用的接口实现中直接调用,例如:
//全局函数:单链表节点数,其实就是简单的遍历计数inline size_t __slist_size(_Slist_node_base* __node){ size_t __result = 0; for ( ; __node != 0; __node = __node->_M_next) ++__result; return __result;}//全局函数:已知某一节点,插入新节点于其后//返回插入节点之后的指针。inline _Slist_node_base*__slist_make_link(_Slist_node_base* __prev_node, _Slist_node_base* __new_node){ __new_node->_M_next = __prev_node->_M_next; __prev_node->_M_next = __new_node; return __new_node;}
迭代器设计
如上图所示,迭代器同样是使用了继承的方式:
//单向链表的迭代器基本结构struct _Slist_iterator_base{ typedef size_t size_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef forward_iterator_tag iterator_category;//单向的可读写迭代器 _Slist_node_base* _M_node;//数据类型,这里父类只包含指针结构 //构造函数:父类只包含了带参数的构造函数 _Slist_iterator_base(_Slist_node_base* __x) : _M_node(__x) {} void _M_incr() { _M_node = _M_node->_M_next; }//指针向后移动一位 bool operator==(const _Slist_iterator_base& __x) const { return _M_node == __x._M_node;//重载==指针是否相等 } bool operator!=(const _Slist_iterator_base& __x) const { return _M_node != __x._M_node;//重载!=指针是否相等 }};//继承关系//单向链表的迭代器结构template <class _Tp, class _Ref, class _Ptr>struct _Slist_iterator : public _Slist_iterator_base{ typedef _Slist_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*> iterator;//定义迭代器类型 typedef _Slist_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator; typedef _Slist_iterator<_Tp, _Ref, _Ptr> _Self; typedef _Tp value_type; typedef _Ptr pointer; typedef _Ref reference; typedef _Slist_node<_Tp> _Node;//节点类型 //构造函数 //这里由于父类只包含了带参数的构造函数,因此子类只能显示的初始化父类的构造函数 _Slist_iterator(_Node* __x) : _Slist_iterator_base(__x) {} _Slist_iterator() : _Slist_iterator_base(0) {} //拷贝构造函数 _Slist_iterator(const iterator& __x) : _Slist_iterator_base(__x._M_node) {} //*访问符重载,返回元素的引用 reference operator*() const { return ((_Node*) _M_node)->_M_data; }#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR//->访问符重载,返回元素的地址的引用 pointer operator->() const { return &(operator*()); }#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR *///前置++重载 _Self& operator++() { _M_incr();//直接调用父类函数指针向后移动一位 return *this; } //后置++重载 _Self operator++(int) { _Self __tmp = *this; _M_incr();//直接调用父类函数指针向后移动一位 return __tmp; } //这里没有--的重载,因为Forward Iterator的特性不支持双向操作};
slist的数据结构
有了迭代器设计和节点设计的基础,单链表的实现就非常之简单了。虽然算法实现很简单,但是由于用到了继承关系,设计上看起来就有些复杂了:
//stl_slist.h//父类定义了空间构造器等template <class _Tp, class _Alloc> struct _Slist_base { typedef _Alloc allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); } //构造函数,初始化指针 _Slist_base(const allocator_type&) { _M_head._M_next = 0; } ~_Slist_base() { _M_erase_after(&_M_head, 0); }protected: typedef simple_alloc<_Slist_node<_Tp>, _Alloc> _Alloc_type;//空间构造器类型 _Slist_node<_Tp>* _M_get_node() { return _Alloc_type::allocate(1); }//分配一个节点 void _M_put_node(_Slist_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); }//释放一个节点空间 //删去指定元素的后一个位置的元素 _Slist_node_base* _M_erase_after(_Slist_node_base* __pos) { _Slist_node<_Tp>* __next = (_Slist_node<_Tp>*) (__pos->_M_next); _Slist_node_base* __next_next = __next->_M_next; __pos->_M_next = __next_next; destroy(&__next->_M_data);//释放节点 _M_put_node(__next);//释放空间 return __next_next; } //删去区间内的所有元素 _Slist_node_base* _M_erase_after(_Slist_node_base*, _Slist_node_base*);protected: _Slist_node_base _M_head;//“头指针”,但事实上并不是指针}; #endif /* __STL_USE_STD_ALLOCATORS *///根据代码来看,删除应该是前闭后开template <class _Tp, class _Alloc> _Slist_node_base*_Slist_base<_Tp,_Alloc>::_M_erase_after(_Slist_node_base* __before_first, _Slist_node_base* __last_node) { _Slist_node<_Tp>* __cur = (_Slist_node<_Tp>*) (__before_first->_M_next);//记录区间的前一个位置 while (__cur != __last_node) { _Slist_node<_Tp>* __tmp = __cur; __cur = (_Slist_node<_Tp>*) __cur->_M_next; destroy(&__tmp->_M_data); _M_put_node(__tmp); } __before_first->_M_next = __last_node; return __last_node;}
//stl_slist.htemplate <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >class slist : private _Slist_base<_Tp,_Alloc>{private: typedef _Slist_base<_Tp,_Alloc> _Base;//父类类型定义//...//创建特定元素值构造节点(内部函数) _Node* _M_create_node(const value_type& __x) { _Node* __node = this->_M_get_node(); __STL_TRY { construct(&__node->_M_data, __x);//直接构造 __node->_M_next = 0; } __STL_UNWIND(this->_M_put_node(__node)); return __node;//返回指针 } //创建元素值为0的节点(内部函数) _Node* _M_create_node() { _Node* __node = this->_M_get_node(); __STL_TRY { construct(&__node->_M_data); __node->_M_next = 0; } __STL_UNWIND(this->_M_put_node(__node)); return __node; }explicit slist(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}//构造函数,指定空间配置器类型//此外,还有许多用到其内部函数的构造函数,例如_M_insert_after_range等,这里就不一一列出。};
除了上述简单介绍的构造和析构操作外,slist作为容器,它应该有一些容器统一的接口实现吧,根据STL的习惯,插入操作会将新元素插入于指定位置的前面,而非之后,作为一个单项链表,slist没有任何方便的办法可以回头定出前一个位置(没有prev指针),基于效率考虑,slist不提供push_back()只提供push_front()函数,这样插入顺序和元素次序就会相反。
//stl_slist.h//首尾迭代器,包含头结点 iterator begin() { return iterator((_Node*)this->_M_head._M_next); } const_iterator begin() const { return const_iterator((_Node*)this->_M_head._M_next);} iterator end() { return iterator(0); } const_iterator end() const { return const_iterator(0); } //调用内部函数求size大小 size_type size() const { return __slist_size(this->_M_head._M_next); } //判断是否为空 bool empty() const { return this->_M_head._M_next == 0; } //在头部插入元素 void push_front(const value_type& __x) { __slist_make_link(&this->_M_head, _M_create_node(__x)); } //在头部删除元素 void pop_front() { _Node* __node = (_Node*) this->_M_head._M_next; this->_M_head._M_next = __node->_M_next; destroy(&__node->_M_data); this->_M_put_node(__node); }
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