СПРИНТ № 7 | Односвязный список | Урок 6: Вставка и удаление в произвольной позиции

#include <cassert>
#include <cstddef>
#include <string>
#include <utility>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

template <typename Type>
class SingleLinkedList {
    // Узел списка
    struct Node {
        Node() = default;
        Node(const Type& val, Node* next)
            : value(val)
            , next_node(next) {
        }
        Type value;
        Node* next_node = nullptr;
    };


    template <typename ValueType>
    class BasicIterator {
        // Класс списка объявляется дружественным, чтобы из методов списка
        // был доступ к приватной области итератора
        friend class SingleLinkedList;

        // Конвертирующий конструктор итератора из указателя на узел списка
        explicit BasicIterator(Node* node) : node_(node) {
        }

    public:
        // Объявленные ниже типы сообщают стандартной библиотеке о свойствах этого итератора

        // Категория итератора — forward iterator
        // (итератор, который поддерживает операции инкремента и многократное разыменование)
        using iterator_category = std::forward_iterator_tag;
        // Тип элементов, по которым перемещается итератор
        using value_type = Type;
        // Тип, используемый для хранения смещения между итераторами
        using difference_type = std::ptrdiff_t;
        // Тип указателя на итерируемое значение
        using pointer = ValueType*;
        // Тип ссылки на итерируемое значение
        using reference = ValueType&;

        BasicIterator() = default;

        BasicIterator(const BasicIterator<Type>& other) noexcept {
            node_ = other.node_;
        }

        BasicIterator& operator=(const BasicIterator& rhs) = default;

        [[nodiscard]] bool operator==(const BasicIterator<const Type>& rhs) const noexcept {
            return node_ == rhs.node_;
        }

        [[nodiscard]] bool operator!=(const BasicIterator<const Type>& rhs) const noexcept {
            return !(node_ == rhs.node_);

        }

        [[nodiscard]] bool operator==(const BasicIterator<Type>& rhs) const noexcept {
            return node_ == rhs.node_;
        }

        [[nodiscard]] bool operator!=(const BasicIterator<Type>& rhs) const noexcept {
            return !(node_ == rhs.node_);
        }

        BasicIterator& operator++() noexcept {
            node_ = node_->next_node;
            return *this;
        }

        BasicIterator operator++(int) noexcept {
            auto old_value(*this);
            ++(*this);
            return old_value;
        }

        [[nodiscard]] reference operator*() const noexcept {
            return node_->value;
        }

        [[nodiscard]] pointer operator->() const noexcept {
            return &node_->value;
        }

    private:
        Node* node_ = nullptr;
    };

public:

    using value_type = Type;
    using reference = value_type&;
    using const_reference = const value_type&;

    SingleLinkedList() : head_(), size_(0) {};

    ~SingleLinkedList() { Clear(); };

    template<typename iterator>
    void Initialization(iterator begin, iterator end)
    {
        Node* newnode = &head_;
        for (auto i = begin; i != end; ++i)
        {
            ++size_;
            newnode->next_node = new Node(*i, nullptr);
            newnode = newnode->next_node;
        }
    }

    SingleLinkedList(std::initializer_list<Type> values)
    {
        SingleLinkedList currentlist;
        currentlist.Initialization(values.begin(), values.end());
        swap(currentlist);
    }

    SingleLinkedList(const SingleLinkedList& other)
    {
        SingleLinkedList currentlist;
        currentlist.Initialization(other.begin(), other.end());
        swap(currentlist);
    }

    SingleLinkedList& operator=(const SingleLinkedList& rhs) {
        if (this != &rhs)
        {
            SingleLinkedList currentlist(rhs);
            swap(currentlist);
        }
        return *this;
    }

    // Обменивает содержимое списков за время O(1)
    void swap(SingleLinkedList& other) noexcept {
        std::swap(head_.next_node, other.head_.next_node);
        std::swap(size_, other.size_);
    }

    void PushFront(const Type& value) {
        head_.next_node = new Node(value, head_.next_node);
        ++size_;
    }

    void Clear() noexcept {
        while (head_.next_node)
        {
            Node* new_node = head_.next_node->next_node;
            delete head_.next_node;
            head_.next_node = new_node;
        }
        size_ = 0;
    }

    [[nodiscard]] size_t GetSize() const noexcept {
        return size_;
    }

    [[nodiscard]] bool IsEmpty() const noexcept {
        return (size_ == 0) ? true : false;
    }

    // Итератор, допускающий изменение элементов списка
    using Iterator = BasicIterator<Type>;
    // Константный итератор, предоставляющий доступ для чтения к элементам списка
    using ConstIterator = BasicIterator<const Type>;

    [[nodiscard]] Iterator begin() noexcept {
        return Iterator{ head_.next_node };
    }

    [[nodiscard]] Iterator end() noexcept {
        return Iterator{ nullptr };
    }

    [[nodiscard]] ConstIterator begin() const noexcept {
        return ConstIterator{ head_.next_node };
    }

    [[nodiscard]] ConstIterator end() const noexcept {
        return ConstIterator{ nullptr };
    }

    [[nodiscard]] ConstIterator cbegin() const noexcept {
        return ConstIterator{ head_.next_node };
    }

    [[nodiscard]] ConstIterator cend() const noexcept {
        return ConstIterator{ nullptr };
    }

    // Возвращает итератор, указывающий на позицию перед первым элементом односвязного списка.
    // Разыменовывать этот итератор нельзя - попытка разыменования приведёт к неопределённому поведению
    [[nodiscard]] Iterator before_begin() noexcept {
        return Iterator{ &head_ };
    }

    // Возвращает константный итератор, указывающий на позицию перед первым элементом односвязного списка.
    // Разыменовывать этот итератор нельзя - попытка разыменования приведёт к неопределённому поведению
    [[nodiscard]] ConstIterator cbefore_begin() const noexcept {
        return ConstIterator{ const_cast<Node*>(&head_) };
    }

    // Возвращает константный итератор, указывающий на позицию перед первым элементом односвязного списка.
    // Разыменовывать этот итератор нельзя - попытка разыменования приведёт к неопределённому поведению
    [[nodiscard]] ConstIterator before_begin() const noexcept {
        return ConstIterator{ const_cast<Node*>(&head_) };
    }

    /*
     * Вставляет элемент value после элемента, на который указывает pos.
     * Возвращает итератор на вставленный элемент
     * Если при создании элемента будет выброшено исключение, список останется в прежнем состоянии
     */
    Iterator InsertAfter(ConstIterator pos, const Type& value) {
        Node* new_node = pos.node_->next_node;
        pos.node_->next_node = new Node(value, new_node);
        ++size_;
        return Iterator{ pos.node_->next_node }; // исправил, было pos.node_
    }

    void PopFront() noexcept {
        if (!IsEmpty())
        {
            Node* current_node = head_.next_node->next_node;
            delete head_.next_node;
            --size_;
            head_.next_node = current_node;
        }
    }

    /*
     * Удаляет элемент, следующий за pos.
     * Возвращает итератор на элемент, следующий за удалённым
     */
    Iterator EraseAfter(ConstIterator pos) noexcept {
    if (!IsEmpty())
    {
        Node* helper = pos.node_->next_node->next_node;
        delete pos.node_->next_node;
        --size_;
        pos.node_->next_node = helper;
    }


    return Iterator{ pos.node_->next_node };
}

private:
    Node head_;
    size_t size_ = 0;
};

template <typename Type>
void swap(SingleLinkedList<Type>& lhs, SingleLinkedList<Type>& rhs) noexcept {
    lhs.swap(rhs);
}

template <typename Type>
bool operator==(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return std::equal(lhs.begin(), lhs.end(), rhs.begin(), rhs.end());
}

template <typename Type>
bool operator!=(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return !(lhs == rhs);
}

template <typename Type>
bool operator<(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return std::lexicographical_compare(lhs.begin(), lhs.end(), rhs.begin(), rhs.end());
}

template <typename Type>
bool operator<=(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return (lhs < rhs) || (lhs == rhs);
}

template <typename Type>
bool operator>(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return !(lhs < rhs);
}

template <typename Type>
bool operator>=(const SingleLinkedList<Type>& lhs, const SingleLinkedList<Type>& rhs) {
    return (lhs > rhs) || (lhs == rhs);
}

// Эта функция проверяет работу класса SingleLinkedList
void Test4() {
    struct DeletionSpy {
        ~DeletionSpy() {
            if (deletion_counter_ptr) {
                ++(*deletion_counter_ptr);
            }
        }
        int* deletion_counter_ptr = nullptr;
    };

    // Проверка PopFront
    {
        SingleLinkedList<int> numbers{ 3, 14, 15, 92, 6 };
        numbers.PopFront();
        assert((numbers == SingleLinkedList<int>{14, 15, 92, 6}));

        SingleLinkedList<DeletionSpy> list;
        list.PushFront(DeletionSpy{});
        int deletion_counter = 0;
        list.begin()->deletion_counter_ptr = &deletion_counter;
        assert(deletion_counter == 0);
        list.PopFront();
        assert(deletion_counter == 1);
    }

    // Доступ к позиции, предшествующей begin
    {
        SingleLinkedList<int> empty_list;
        const auto& const_empty_list = empty_list;
        assert(empty_list.before_begin() == empty_list.cbefore_begin());
        assert(++empty_list.before_begin() == empty_list.begin());
        assert(++empty_list.cbefore_begin() == const_empty_list.begin());

        SingleLinkedList<int> numbers{ 1, 2, 3, 4 };
        const auto& const_numbers = numbers;
        assert(numbers.before_begin() == numbers.cbefore_begin());
        assert(++numbers.before_begin() == numbers.begin());
        assert(++numbers.cbefore_begin() == const_numbers.begin());
    }

    // Вставка элемента после указанной позиции
    {  // Вставка в пустой список
        {
            SingleLinkedList<int> lst;
            const auto inserted_item_pos = lst.InsertAfter(lst.before_begin(), 123);
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{123}));
            assert(inserted_item_pos == lst.begin());
            assert(*inserted_item_pos == 123);
        }

        // Вставка в непустой список
        {
            SingleLinkedList<int> lst{ 1, 2, 3 };
            auto inserted_item_pos = lst.InsertAfter(lst.before_begin(), 123);

            assert(inserted_item_pos == lst.begin());
            assert(inserted_item_pos != lst.end());
            assert(*inserted_item_pos == 123);
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{123, 1, 2, 3}));

            inserted_item_pos = lst.InsertAfter(lst.begin(), 555);
            assert(++SingleLinkedList<int>::Iterator(lst.begin()) == inserted_item_pos);
            assert(*inserted_item_pos == 555);
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{123, 555, 1, 2, 3}));
        };
    }

    // Вспомогательный класс, бросающий исключение после создания N-копии
    struct ThrowOnCopy {
        ThrowOnCopy() = default;
        explicit ThrowOnCopy(int& copy_counter) noexcept
            : countdown_ptr(&copy_counter) {
        }
        ThrowOnCopy(const ThrowOnCopy& other)
            : countdown_ptr(other.countdown_ptr)  //
        {
            if (countdown_ptr) {
                if (*countdown_ptr == 0) {
                    throw std::bad_alloc();
                }
                else {
                    --(*countdown_ptr);
                }
            }
        }
        // Присваивание элементов этого типа не требуется
        ThrowOnCopy& operator=(const ThrowOnCopy& rhs) = delete;
        // Адрес счётчика обратного отсчёта. Если не равен nullptr, то уменьшается при каждом копировании.
        // Как только обнулится, конструктор копирования выбросит исключение
        int* countdown_ptr = nullptr;
    };

    // Проверка обеспечения строгой гарантии безопасности исключений
    {
        bool exception_was_thrown = false;
        for (int max_copy_counter = 10; max_copy_counter >= 0; --max_copy_counter) {
            SingleLinkedList<ThrowOnCopy> list{ ThrowOnCopy{}, ThrowOnCopy{}, ThrowOnCopy{} };
            try {
                int copy_counter = max_copy_counter;
                list.InsertAfter(list.cbegin(), ThrowOnCopy(copy_counter));
                assert(list.GetSize() == 4u);
            }
            catch (const std::bad_alloc&) {
                exception_was_thrown = true;
                assert(list.GetSize() == 3u);
                break;
            }
        }
        assert(exception_was_thrown);
    }

    // Удаление элементов после указанной позиции
    {
        {
            SingleLinkedList<int> lst{ 1, 2, 3, 4 };
            const auto& const_lst = lst;
            const auto item_after_erased = lst.EraseAfter(const_lst.cbefore_begin());
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{2, 3, 4}));
            assert(item_after_erased == lst.begin());
        }
        {
            SingleLinkedList<int> lst{ 1, 2, 3, 4 };
            const auto item_after_erased = lst.EraseAfter(lst.cbegin());
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{1, 3, 4}));
            assert(item_after_erased == (++lst.begin()));
        }
        {
            SingleLinkedList<int> lst{ 1, 2, 3, 4 };
            const auto item_after_erased = lst.EraseAfter(++(++lst.cbegin()));
            assert((lst == SingleLinkedList<int>{1, 2, 3}));
            assert(item_after_erased == lst.end());
        }
        {
            SingleLinkedList<DeletionSpy> list{ DeletionSpy{}, DeletionSpy{}, DeletionSpy{} };
            auto after_begin = ++list.begin();
            int deletion_counter = 0;
            after_begin->deletion_counter_ptr = &deletion_counter;
            assert(deletion_counter == 0u);
            list.EraseAfter(list.cbegin());
            assert(deletion_counter == 1u);
        }
    }
}

int main() {
    Test4();
}