设计一个c++ 通用链表：实现多态双向的功能

1. 引言

链表是一种非常常见的数据结构，它可以用来存储大量的数据，并提供了快速的添加、删除等操作。通用链表是一种特殊的链表，它可以存储不同类型的数据，并且可以在运行时决定具体存储哪一种类型的数据。在C++中，可以利用多态的特性来实现通用链表，并达到代码复用、简化开发的效果。

2. C++通用链表的设计思路

在设计C++通用链表时，我们需要考虑以下问题：

如何支持多态？

如何实现双向链表的功能？

对于第一个问题，我们可以使用C++的虚函数特性来实现多态。由于通用链表需要存储不同类型的数据，因此我们可以将链表节点设计为一个抽象基类，并在其中声明一些纯虚函数。这样，在实际使用时，我们可以定义一个子类继承自这个基类，并实现其抽象函数，从而实现多态的功能。

对于第二个问题，我们需要在链表节点中维护前驱和后继节点的指针，并在链表中维护头指针和尾指针。这样，在插入、删除节点时，我们可以方便地修改前驱和后继节点的指针，从而实现双向链表的功能。

3. C++通用链表的实现

3.1 链表节点的设计

链表节点是通用链表的基本单位，因此我们需要先设计好链表节点的结构：

class Node
{
public:
    virtual ~Node() {}
    virtual void print() const = 0;
    virtual Node* clone() const = 0;
    Node* next;
    Node* prev;
};

在这个代码中，我们定义了一个抽象基类Node，并在其中声明了三个变量：

next 和 prev，分别表示当前节点的后继和前驱节点的指针。

print，这个函数用于将当前节点的值打印到标准输出。

clone，这个函数用于克隆当前节点。

注意到在这个类定义中，print 和 clone 都是纯虚函数，这是因为Node类是一个抽象基类，必须由其它子类来实现这两个函数的具体功能。

3.2 链表的实现

有了节点的定义，我们就可以来实现链表的功能了。

首先，我们需要定义一个链表类：

class List
{
public:
    List() : head(nullptr), tail(nullptr), size(0) {}
    ~List();
    template<typename T> void push_back(const T& data);
    template<typename T> void push_front(const T& data);
    void pop_back();
    void pop_front();
    using iterator = Node*;
    using const_iterator = const Node*;
    iterator begin() { return head; }
    iterator end()   { return nullptr; }
    const_iterator cbegin() const { return head; }
    const_iterator cend()   const { return nullptr; }
    size_t get_size() const { return size; }
private:
    Node* head;
    Node* tail;
    size_t size;
    template<typename T> Node* create_node(const T& data);
};

在这个代码中，我们定义了一个List类，其中包含了以下变量和函数：

head 和 tail，分别表示链表的头指针和尾指针。

size，表示链表中节点的数量。

push_back 和 push_front，分别用于在链表尾部和头部添加节点。

pop_back 和 pop_front，分别用于在链表尾部和头部删除节点。

iterator 和 const_iterator，用于定义链表的迭代器。

begin 和 end，用于获取链表的迭代器。

create_node，用于创建一个新的节点。

接下来是快速排序的实现代码：

List::~List()
{
    while (head != nullptr) {
        Node* node = head;
        head = head->next;
        delete node;
    }
}
template<typename T>
void List::push_back(const T& data)
{
    Node* node = create_node(data);
    node->prev = tail;
    if (tail != nullptr) {
        tail->next = node;
    } else {
        head = node;
    }
    tail = node;
    ++size;
}
template<typename T>
void List::push_front(const T& data)
{
    Node* node = create_node(data);
    node->next = head;
    if (head != nullptr) {
        head->prev = node;
    } else {
        tail = node;
    }
    head = node;
    ++size;
}
void List::pop_back()
{
    if (tail != nullptr) {
        Node* node = tail;
        tail = tail->prev;
        if (tail != nullptr) {
            tail->next = nullptr;
        } else {
            head = nullptr;
        }
        delete node;
        --size;
    }
}
void List::pop_front()
{
    if (head != nullptr) {
        Node* node = head;
        head = head->next;
        if (head != nullptr) {
            head->prev = nullptr;
        } else {
            tail = nullptr;
        }
        delete node;
        --size;
    }
}
template<typename T>
Node* List::create_node(const T& data)
{
    Node* node = new T();
    *node = data;
    node->next = nullptr;
    node->prev = nullptr;
    return node;
}

4. 总结

通过本文的讲解，我们可以了解到，利用C++的多态特性，可以方便地实现通用链表的功能。同时，在链表节点中维护前驱和后继节点的指针，可以方便地实现双向链表的功能。通过这篇文章的学习，读者可以掌握C++通用链表的基本思路和实现方法，从而更好地应用它们来解决实际问题。