在单链表 C++ 中实现复制构造函数

Question

我有一个 C++ 代码：

#include <iostream>
using namespace std;
struct Node;

typedef Node *NodePtr;

struct Node
{
    int Item;
    NodePtr Next;
};

class LinkedList
{
public:
    LinkedList();                   // default constructor
    ~LinkedList();                  // destructor
    void AddTail(int);              // adds item to tail
private:
    NodePtr Head;
};

LinkedList::LinkedList()
{
    Head = NULL; //declare head as null
}
//Adding on tail
void LinkedList::AddTail(int Item)
{
    NodePtr Crnt;
    NodePtr node = new Node;
    node->Item = Item;
    node->Next = NULL;
//if head is in null declare the added node as head
    if (Head == NULL)
    {
        Head = node;
    }
    else
    { //set the current to head, move the current node to current next node
        Crnt = Head;
        while (Crnt->Next != NULL)
        {
            Crnt = Crnt->Next;
        }
        //Add item to the tail of the linked list
        Crnt->Next = node;
    }
}

int main()
{
    LinkedList la;
    la.AddTail(30);
    la.AddTail(60);
    la.AddTail(90);
    LinkedList lb;
    return 0;
}

所以我的问题是如何实现一个复制构造函数（假设在对象 lb 上），该构造函数对列表参数进行深层复制，并添加代码以在空列表和非空列表上测试复制构造函数？ 提前致谢。

Answer 1

试试这个（https://ideone.com/9lywXc 使用您发布的原始代码）

LinkedList::LinkedList(const LinkedList& other):Head(nullptr)
{
    cout << "copy constructor called:\n";
    if(other.Head == nullptr) return;
    NodePtr dummyHead = new Node;
    NodePtr curr = dummyHead;
    NodePtr othcurr = other.Head;
    for(; othcurr!=nullptr; othcurr = othcurr->Next)
    {
        curr->Next = new Node;
        curr = curr->Next;
        cout << (curr->Item = othcurr->Item) << ",";
        curr->Next = nullptr;
    }
    Head = dummyHead->Next;
    delete dummyHead;
}


int main()
{
    LinkedList la;
    la.AddTail(30);
    la.AddTail(60);
    la.AddTail(90);
    LinkedList lb(la);
    return 0;
}

输出：

复制构造函数调用：

30,60,90,

Answer 2

编程的一大规则是不要重复自己 (DRY)。如果您有一个添加功能并且您知道它可以工作，请继续将其用于与添加相关的工作。这意味着继续添加愚蠢和多才多艺的内容符合您的最大利益。

应用 DRY 理念，假设 AddTail 方法正常工作，复制构造函数非常简单：为源列表中的每个节点调用 AddTail。

LinkedList::LinkedList(const LinkedList & src):Head(nullptr)
{
    NodePtr node = src.Head;
    while (node != nullptr)
    {
        AddTail(node->Item);
        node = node->Next;
    }
}

由于Copy and Swap Idiom，有了一个有效的复制构造函数，赋值运算符也简单得可笑：

LinkedList & LinkedList::operator=(LinkedList src) 
// pass by reference performs the copy
{
    std::swap(Head, src.Head); // now just swap the head of the copy 
                               // for the head of the source
    return *this;
} // destructor fires for src and cleans up all the nodes that were on this list 

要完成The Rule of Three 三重奏，我们需要一个析构函数。这像 复制构造函数是 DRY 的一个应用程序：一遍又一遍地调用你的节点删除函数，直到列表为空。删除函数几乎是任何链表的必然要求，所以在这里我假设有一个叫做Remove。

LinkedList::~LinkedList()
{
    while (Head != nullptr)
    {
        NodePtr temp = Head;
        Remove(Head);
        delete temp;
    }
}

因此，现在基于链接列表无法运行的两个功能，我们已经实现了基本维护所需的所有其他功能。您只需要经过测试且无错误的 Add 和 Remove 函数，其余的几乎都是免费的。

而且因为AddTail 函数碰到了我的一个小豌豆……这里有一个大大降低函数复杂度的技巧：

void LinkedList::AddTail(int Item)
{
    NodePtr *Crnt = &Head; // instead of pointing where Head points, point at 
                           // Head now we don't care if it is head or any 
                           // other node's Next. They are all abstracted to 
                           // the same thing: A pointer to where the next 
                           // node can be found        
    while (*Crnt != NULL) // keep looking until end of list
    {
        Crnt = &(*Crnt)->Next; // by pointing at the next Next pointer
    }
    //Add item to the tail of the linked list
    NodePtr node = new Node;
    node->Item = Item;
    node->Next = NULL;
    *Crnt = node; // Now just plop the new node over top of the terminating NULL
}

Remove 函数（我未实现）使用相同的指针到指针技巧。

Answer 3

这是对 user4581301 先前答案的改进，因此复制构造函数在输入列表大小上为 O(n)。在封装列表类中使用一个额外的指针跟踪尾部：

class LinkedList
{
public:
    LinkedList():Head(nullptr),Tail(nullptr){}
    LinkedList(const LinkedList& other);
    ~LinkedList() = default;                  // destructor
    void AddTail(int);              // adds item to tail
private:
    NodePtr Head;

    //KEEP TRACK OF TAIL POINTER WITH EXTRA MEMBER
    NodePtr Tail;
};

//via user4581301 response
LinkedList::LinkedList(const LinkedList & src):Head(nullptr),Tail(nullptr)
{
    NodePtr node = src.Head;
    while (node != nullptr)
    {
        AddTail(node->Item);
        node = node->Next;
    }
}

//Adding on tail
void LinkedList::AddTail(int Item)
{
    NodePtr np = new Node{Item,nullptr};
    if(Tail == nullptr && Head == nullptr)
        Head = Tail = np;
    else
    {
        Tail->Next = np;
        Tail = Tail->Next;
    }
}

Answer 4

关于测试： 您可以添加功能以吐出列表的内容。或者您可以将其子类化为测试扩展。或者你可以像这样打破封装，使用 operator

class LinkedList
{
public:
    LinkedList():Head(nullptr),Tail(nullptr){}
    LinkedList(const LinkedList& other);
    ~LinkedList() = default;                  // destructor
    void AddTail(int);              // adds item to tail

    //breaks encapsulation but make some nice sugar to look inside
    friend ostream& operator<<(ostream& s, LinkedList& l)
    {
        s << "list contents: ";
        NodePtr c = l.Head;
        for(; c!=nullptr;c=c->Next)
            s << c->Item << " ";
        s << endl;
        return s;
    }
private:
    NodePtr Head;
    NodePtr Tail;
};

这样

int main()
{
    LinkedList la;
    la.AddTail(30);
    la.AddTail(60);
    la.AddTail(90);
    LinkedList lb(la);
    cout << lb;
    return 0;
}

吐出： 列表内容：30 60 90