如何实现双向链表的迭代器？答案

【问题标题】：How to implement iterator for doubly linked list?如何实现双向链表的迭代器？
【发布时间】：2020-02-09 10:30:42
【问题描述】：

我有一个自定义的双向链表类，我想为它实现迭代器，这样我就可以使用像 std::sort 这样的函数和下面提供的函数。有什么办法呢？

例如，现在我有了实现，但它很糟糕。以下字符串

std::cout << list.end() - list.begin() << std::endl;

输出

-179191768

其中 list 是我的列表类，其中包含 10 个元素。

我要工作的功能：

template <typename I, typename C>
void quickSort(I begin, I end, C cmp) {
    if (begin >= end) throw new exception_incorrectSelection;
    I i = begin, j = end;
    T pivot = *(i + (j - i) / 2);
    while (i <= j) {
        while (cmp(*i, pivot)) ++i;
        while (cmp(pivot, *j)) --j;
        if (i <= j) {
            std::iter_swap(i, j);
            ++i;
            --j;
        }
    }
    if (j > begin) quickSort(begin, j, cmp);
    if (i < end) quickSort(i, end, cmp);
}

由于前面所述的原因，它在异常检查时中断。

【问题讨论】：

std::sort() 需要随机访问迭代器，这与链表不太一致。为什么标准的std::list 有自己的排序方法（可能使用归并排序）
那么在列表排序算法中使用索引会更好吗？
最好使用使用前向或双向元素访问的算法，如归并排序。
由于同样的原因，在链表上建立索引效果不佳。

标签： c++ linked-list iterator

【解决方案1】：

迭代器有多种类别。对于双向链表，您通常会实现双向迭代器。双向迭代器不支持std::sort，但会支持许多（大多数？）其他算法，例如find、find_if、accumulate 等。

您可以为支持 RandomAccessIterator 概念（例如，支持 iterator + int 和 iterator - int）的双向链表编写迭代器，但您是否真的想要这样做还有待商榷--您通常希望随机访问迭代器提供恒定的时间加法和减法，但是对于链表，它们将是线性时间。因此，即使您在它需要支持的操作方面支持该概念，您也违反了对复杂性的要求：

RandomAccessIterator 概念通过 +=、+、-= 和 - 增加了对 恒定时间 推进的支持，以及恒定时间 中的距离计算> 带 -。随机访问迭代器还支持通过下标的数组表示法。

[强调添加]

因此，尽管您可以根据需要使其与 std::sort 一起使用，但可能这样做不是一个好主意。

这留下了两个选择：继续生成相同的接口，并接受随机访问操作将具有线性复杂性的事实，或者重写您的算法以使用双向迭代器可以提供的功能。看起来像这样：

template <typename I, typename C>
void quickSort(I begin, I end, C cmp) {
    if (begin >= end) throw new exception_incorrectSelection;
    I i = begin, j = end;
    T pivot = *(i + std::distance(i, j) / 2); // <--
    while (i <= j) {
        while (cmp(*i, pivot)) ++i;
        while (cmp(pivot, *j)) --j;
        if (i <= j) {
            std::iter_swap(i, j);
            ++i;
            --j;
        }
    }
    if (j > begin) quickSort(begin, j, cmp);
    if (i < end) quickSort(i, end, cmp);
}

至少像通常实现的那样，std::distance 会做这样的事情：

template <class Iter>
size_t distance(Iter a, Iter b) { 
    size_t ret = 0;

    while (a != b) {
       ++a;
       ++ret;
    }
    return ret;
}

...所以只要您的迭代器支持++ 和!=，通常就足以支持std::distance。

【讨论】：