Реализация на свързани списъци - класове, итератори,  операции. 

* Ще реализираме свързан списък с елементи - низове.

* Всеки връх на списъка съдържа низ и два указателя - адреси на предишен и следващ връх на свързания списък.

class Node {
public:
   Node(string s);
private:
   string data;     // данна (низ)
   Node* previous;  // адрес на предишния връх
   Node* next;      // адрес на следващия връх
friend class List;
friend class Iterator;
};

* Ключовата дума friend означава, че класът Node дава на член-функциите на класовете List и Iterator достъп до частните си членове.
* Свързан списък се задава, като се посочи адресът на първия му елемент.

class List {
public:
   List();
   void push_back(string s);
   void insert(Iterator pos, string s);
   Iterator erase(Iterator pos);
   Iterator begin();
   Iterator end();
private:
   Node* first;  // адрес на първия елемент (връх, възел)
   Node* last;   // адрес на последния елемент (връх, възел)
};

* Когатo свързният списък е празен, двата указателя first и last имат стойност NULL.

* Итераторът задава позиция (на връх) в свързания списък - указател position.

class Iterator {
public:
   Iterator();
   string get() const;     /* use instead of operator * of the STL iterator */
   void next();            /* use instead of operator ++ of the STL iterator */
   void previous();        /* use instead of operator -- of the STL iterator */
   bool equals(Iterator b) const; /* use instead of operator == of the STL iterator */
private:
   Node* position;    // адрес на връх в свързания списък
   Node* last;        // адрес на последния елемент на свързания списък
friend class List;
};

* Когато итераторът задава позиция "след последния елемент", стойността на  position е NULL. 

** Функциите begin и end от класа List  връщат итератори:

Iterator List::begin() {
   Iterator iter;
   iter.position = first;
   iter.last = last;
   return iter;
}

Iterator List::end() {
   Iterator iter;
   iter.position = NULL;
   iter.last = last;
   return iter;

** Функцията next от класа Iterator премества итератора на следващия елемент на списъка:

void Iterator::next()
{  assert(position != NULL)
   position = position->next;
}

* Подобна е функцията previous:

void Iterator::previous()
{  if (position == NULL) position = last;
   else    position = position->previous;
   assert(position != NULL);
}

** Реализация на функция push_back от класа List:

void List::push_back(string s)
{  Node* newnode = new Node(s);
   if (last == NULL) /* list is empty */
   {  first = newnode;
      last = newnode;
   }
   else
   {  newnode->previous = last;
      last->next = newnode;
      last = newnode;
   }
}

** Функцията insert променя данни на предишния (next) и следващия (previous) върхове - важен е редът на присвояванията.

* Специален случай за празен списък:

if (iter.position == NULL)
{  push_back(s);
   return;
}

* Създаваме указатели към двата съседни върха:

Node* after = iter.position;
Node* before = after->previous;

* Инициализираме адресите на новия връх:

newnode->previous = before; // (1)
newnode->next = after;      // (2)

* Променяме указателите за следващ и предишен на съседните върхове:

after->previous = newnode;  // (3)
if (before == NULL) /* insert at beginning */
   first = newnode;
else
   before->next = newnode;  // (4)

** Реализация на функцията за изтриване на връх.

* Дефинираме указатели за трите върха:

Node* remove = iter.position;
Node* before = remove->previous;
Node* after = remove->next;

* Променяме предишния връх - "откачваме" върха, който ще трием, и "закачваме" следващия връх.

if (remove == first) first = after;
else   before->next = after;

* Аналогично и за следвашия връх:

if (remove == last) last = before;
else   after->previous = before;

* Накрая изтриваме върха.

delete remove;

* Ето и целия текст на програмата:
// list2.cpp
#include <string>
#include <iostream>
#include <cassert>
using namespace std;

/* декларации на класовете List и Iterator за да могат да бъдат използвани при дефиниране на List*/
class List;
class Iterator;
 
/* елемент на свързания списък */
class Node {
public:
   Node(string);
private:
   string data;
   Node* previous;
   Node* next;
/* член-функциите на класовете List и Iterator имат достъп до частните членове на класа Node */
   friend class List;
   friend class Iterator;
};

class List {
public:
   List();
   void push_back(string);
   void insert(Iterator, string);
   void erase(Iterator);
   Iterator begin(); /* начало на свързания списък */
   Iterator end();   /* край на свързания списък */
private:
   Node* first;  /* първи елемент на свързания списък */
   Node* last;   /* последен елемент на свързания списък */
};

class Iterator {
public:
   Iterator();
   string get() const; /* реализира операция * за итератори */
   void next();        /* реализира операция ++ за итератори */
   void previous();    /* реализира операция -- за итератори */
   bool not_equal(Iterator) const; /* реализира операция != */
private:
   Node* position; /* текущ елемент на свързания списък */
   Node* last;     /* последен елемент на свързания списък */
 
/* член-функциите на класа List имат достъп до частните членове на Iterator */
   friend class List;
};

Node::Node(string s)
/* ПОЛУЧАВА: s - данната, която ще се съхранява в този елемент */
{
   data = s; 
   previous = NULL;  next = NULL;
}

List::List()
/* ЦЕЛ: конструира празен свързан списък */
{
   first = NULL; last = NULL;
}

void List::push_back(string s)
/* ЦЕЛ: добавя елемент към свързан спесък
   ПОЛУЧАВА: s - данната, която ще се добави
*/
{
  Node* newnode = new Node(s);
  if (last == NULL)            /* празен свързан списък */
  {
     first = newnode; last = newnode;
  }
  else
  {
    newnode->previous = last;
    last->next = newnode;
    last = newnode;
  }
}

void List::insert(Iterator iter, string s)
/* ЦЕЛ: вмъква елемент в свързан списък
   ПОЛУЧАВА: iter - позицията, преди която да се вмъкне
             s - данната, която ще се вмъкне
*/
{
  if (iter.position == NULL) /* вмъкване в края */
  {
     push_back(s);  return; 
  }
  Node* after = iter.position;
  Node* before = after->previous;
  Node* newnode = new Node(s);
 
  newnode->previous = before;
  newnode->next = after;
  after->previous = newnode;
 
  if (before == NULL) first = newnode; /* вмъкване в началото */
  else before->next = newnode;
}

void List::erase(Iterator iter)
/* ЦЕЛ: отстранява елемент от свързан списък
   ПОЛУЧАВА: iter - позицията на елемента, който ще се отстрани
*/
{
  assert(iter.position != NULL);
 
  Node* remove = iter.position;
  Node* before = remove->previous;
  Node* after = remove->next;
 
  if (remove == first) first = after;/* изтриване на първия елемент */
  else          before->next = after;
 
  if (remove == last)  last = before;/* изтриване на последния елемент */
  else      after->previous = before;
 
  iter.position = after;
  delete remove;
}

Iterator List::begin()
/* ВРЪЩА: итератор, сочещ към началната позиция на свързан списък */
{
  Iterator iter;
  iter.position = first;
  iter.last = last;
  return iter;
}

Iterator List::end()
/* ВРЪЩА: итератор, сочещ след края на списъка (NULL) */
{
  Iterator iter;
  iter.position = NULL;
  iter.last = last;
  return iter;
}

Iterator::Iterator()
{ 
  position = NULL;   last = NULL; 
}

string Iterator::get() const
/* ВРЪЩА: данната на елемента, който сочи итератора */
{
  assert(position != NULL);
  return position->data;
}

void Iterator::next()
/* ЦЕЛ: да премести итератора на следващия елемент от списъка */
{
  assert(position != NULL);
  position = position->next;
}

void Iterator::previous()
/* ЦЕЛ: да премести итератора на предишния елемент от списъка */
{
  if (position == NULL)  position = last;
  else                   position = position->previous;
  assert(position != NULL);
}

bool Iterator::not_equal(Iterator b) const
/* ЦЕЛ: сравнява два итератора
   ПОЛУЧАВА: b - вторият итератор за сравнението
   ВРЪЩА: true ако този итератор и b не са равни
*/
{
  return position != b.position;
}

Резултат от работата на програмата:

Начално състояние на списъка:

След добавяне на елемент на четвърто място:

След отстраняване на втория елемент: