STL学习——Slist篇

简介

STL中List是双向链表，而Slist是单向链表。它们的区别：Slist的迭代器是单向的Forward Iterator，而list的迭代器是双向的Bidirectional Iterator。Slist所耗用的空间更小，操作更快。它们共同的特点是，插入、移除、接合等操作并不会造成原有的迭代器失效。slist插入时，需要从前遍历，找到插入点的位置。为了更快插入，提供了insert_after，erase_after。slist提供push_front()操作，故其元素次序与元素插入顺序相反。

节点与操作

slist节点和迭代器设计上，使用了继承关系，故较复杂。下面是其节点信息。

// 单向链表的节点基本结构
struct _Slist_node_base
{_Slist_node_base* _M_next;
};
// 单向链表的节点结构
template <class _Tp>
struct _Slist_node : public _Slist_node_base
{_Tp _M_data;
};
// 全局函数：已知某一节点，插入新节点于其后
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;    // 令new节点的下一节点为prev节点的下一节点__prev_node->_M_next = __new_node;return __new_node;
}
// 查找node节点的前一个节点
inline _Slist_node_base*
__slist_previous(_Slist_node_base* __head,const _Slist_node_base* __node)
{while (__head && __head->_M_next != __node)    // 从头遍历，查找node的前一个节点__head = __head->_M_next;return __head;
}
// 查找node节点的前一个节点
inline const _Slist_node_base*
__slist_previous(const _Slist_node_base* __head,const _Slist_node_base* __node)
{while (__head && __head->_M_next != __node)    // 从头遍历，查找node的前一个节点__head = __head->_M_next;return __head;
}
// 将before_first与before_after之间的节点插入到pos后面
inline void __slist_splice_after(_Slist_node_base* __pos,_Slist_node_base* __before_first,_Slist_node_base* __before_last)
{if (__pos != __before_first && __pos != __before_last) {// 记录before_first的next节点_Slist_node_base* __first = __before_first->_M_next;// 记录pos的next节点_Slist_node_base* __after = __pos->_M_next;// 先将befor_first与before_last前后挂接在一起__before_first->_M_next = __before_last->_M_next;// 将before_first的下一个节点挂接在pos的后面__pos->_M_next = __first;// 将before_last的next与pos_next进行挂接 __before_last->_M_next = __after;}
}
// 链表的翻转操作
inline _Slist_node_base* __slist_reverse(_Slist_node_base* __node)
{_Slist_node_base* __result = __node;__node = __node->_M_next;__result->_M_next = 0;while(__node) {_Slist_node_base* __next = __node->_M_next;    // 记住下一个节点__node->_M_next = __result;     // 将当前节点插入到result节点的最前__result = __node;              // 更新result节点__node = __next;                // 更新node节点}return __result;                  // 返回逆转的链表
}
// 全局函数：单向链表的大小（元素个数）
inline size_t __slist_size(_Slist_node_base* __node)
{size_t __result = 0;for ( ; __node != 0; __node = __node->_M_next)++__result;return __result;
}// 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;     // 注意，单向_Slist_node_base* _M_node;                          // 指向节点基本结构_Slist_iterator_base(_Slist_node_base* __x) : _M_node(__x) {}void _M_incr() { _M_node = _M_node->_M_next; }      // 前进一个节点bool operator==(const _Slist_iterator_base& __x) const {   // 判断链表是否相等return _M_node == __x._M_node;}bool operator!=(const _Slist_iterator_base& __x) const {   // 判断链表是否不相等return _M_node != __x._M_node;}
};
// 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;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;_Slist_iterator(_Node* __x) : _Slist_iterator_base(__x) {}// 调用slist<T>::end()时会造成__slist_iterator(0)，于是调用上述函数_Slist_iterator() : _Slist_iterator_base(0) {}     // 产生一个暂时对象，引发ctor_Slist_iterator(const iterator& __x) : _Slist_iterator_base(__x._M_node) {}reference operator*() const { return ((_Node*) _M_node)->_M_data; }
#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATORpointer operator->() const { return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */_Self& operator++(){_M_incr();     // 前进一个节点return *this;}_Self operator++(int){_Self __tmp = *this;_M_incr();     // 前进一个节点return __tmp;}// 注意没有实现operator--，因为这是一个forward iterator
};template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class slist : private _Slist_base<_Tp,_Alloc>
{__STL_CLASS_REQUIRES(_Tp, _Assignable);private:typedef _Slist_base<_Tp,_Alloc> _Base;
public:typedef _Tp                value_type;typedef value_type*       pointer;typedef const value_type* const_pointer;typedef value_type&       reference;typedef const value_type& const_reference;typedef size_t            size_type;typedef ptrdiff_t         difference_type;typedef _Slist_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*>             iterator;typedef _Slist_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator;typedef typename _Base::allocator_type allocator_type;allocator_type get_allocator() const { return _Base::get_allocator(); }private:typedef _Slist_node<_Tp>      _Node;typedef _Slist_node_base      _Node_base;typedef _Slist_iterator_base  _Iterator_base;_Node* _M_create_node(const value_type& __x) {_Node* __node = this->_M_get_node();    // 配置空间__STL_TRY {construct(&__node->_M_data, __x);     // 构造元素__node->_M_next = 0;}__STL_UNWIND(this->_M_put_node(__node));return __node;}public:explicit slist(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}slist(size_type __n, const value_type& __x,const allocator_type& __a =  allocator_type()) : _Base(__a){ _M_insert_after_fill(&this->_M_head, __n, __x); }explicit slist(size_type __n) : _Base(allocator_type()){ _M_insert_after_fill(&this->_M_head, __n, value_type()); }#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES// We don't need any dispatching tricks here, because _M_insert_after_range// already does them.template <class _InputIterator>slist(_InputIterator __first, _InputIterator __last,const allocator_type& __a =  allocator_type()) : _Base(__a){ _M_insert_after_range(&this->_M_head, __first, __last); }#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */slist(const_iterator __first, const_iterator __last,const allocator_type& __a =  allocator_type()) : _Base(__a){ _M_insert_after_range(&this->_M_head, __first, __last); }slist(const value_type* __first, const value_type* __last,const allocator_type& __a =  allocator_type()) : _Base(__a){ _M_insert_after_range(&this->_M_head, __first, __last); }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */slist(const slist& __x) : _Base(__x.get_allocator()){ _M_insert_after_range(&this->_M_head, __x.begin(), __x.end()); }slist& operator= (const slist& __x);~slist() {}...// 两个slist互换：只要将head交换互指即可。void swap(slist& __x){ __STD::swap(this->_M_head._M_next, __x._M_head._M_next); }public:reference front() { return ((_Node*) this->_M_head._M_next)->_M_data; }const_reference front() const { return ((_Node*) this->_M_head._M_next)->_M_data; }// 从头部插入元素（新元素成为slist的第一个元素）void push_front(const value_type& __x)   {__slist_make_link(&this->_M_head, _M_create_node(__x));}void push_front() { __slist_make_link(&this->_M_head, _M_create_node()); }// 注意：没有push_back()// 从头部取走元素（删除之）。修改headvoid 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);}

参考文献

STL源码剖析——侯捷

STL源码

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