C++ stl容器list的底层模拟实现

目录

前言:

1.创建节点

2.普通迭代器的封装

3.反向迭代器的封装

为什么要对正向迭代器进行封装?

4.const迭代器

5.构造函数

6.拷贝构造

7.赋值重载

8.insert

9.erase

10.析构

11.头插头删,尾插尾删

12.完整代码+简单测试

总结:


前言:

模拟实现list,本篇的重点就是由于list是一个双向循环链表结构,所以我们对迭代器的实现不能是简单的指针的++,--了,因为我们知道,链表的存储不一定是连续的,所以直接++,--是链接不起来节点的,所以我们要对迭代器也就是对节点的指针进行封装。结尾会附上完整的代码。

1.创建节点

	template<class T>
	struct list_node
	{
		list_node<T>* _prev;
		list_node<T>* _next;
		T _data;

		list_node(const T& x= T())//这里不给缺省值可能会因为没有默认构造函数而编不过
			:_prev(nullptr)
			,_next(nullptr)
			,_data(x)
		{}
	};

注意给缺省值,这样全缺省就会被当做默认构造了,不会因为没有默认构造而报错。

我们实现的list是带哨兵位的,它同时是迭代器的end()(因为是双向循环的list)。

 

2.普通迭代器的封装

	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _list_iterator
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;

		node* _node;//对迭代器也就是节点的指针进行封装,因为list迭代器是不能直接++的
		_list_iterator(node* n)
			:_node(n)
		{}

		Ref operator*()//返回的必须是引用,不然改变不了外面的对象的成员,要支持对自己解引用改变值就要用应用
		{
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(_node->_data);//返回地址,再解引用直接访问数据
		}

		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);//默认的拷贝构造可以,因为没有深拷贝
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
			return _node == s._node;
		}

	};

注意list是双向迭代器,可以++,--,不能+,-

这里对迭代器的实现就如我们开始所说的, 迭代器的实现就是使用节点的指针实现的,而我们不能直接对list创建出的节点进行++,--,所以要进行一层封装;然后再对节点指针初始化。

重载解引用时要注意返回的是引用,不然对自己解引用的时候,返回值如果是临时的,是改变不了内部的data的。

对于箭头的解引用,是为了支持这样的场景:

struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1=0,int a2=0)
			:_a1(a1)
			,_a2(a2)
		{}
	};

	void test_list2()
	{
		list<AA> lt;
		lt.push_back(AA(1,1));
		lt.push_back(AA(2, 2));
		lt.push_back(AA(3, 3));

		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//cout << (*it)._a1 << " "<<(*it)._a2<<endl;
			cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;//面对这样的类型,需要重载->,.也可以访问,但是有点别扭

			++it;
		}
		cout << endl;
	}

迭代器遇到箭头,返回对象的地址也就是节点数据的地址,再解引用找到成员。或者说node中的data就是存放的是对象(也就是用来初始化的数据),然后重载的->拿到对象的地址,再->去访问里面的成员变量_a1。

对于前置后置++与--,前置就返回对象的引用,是传引用返回;后置需要进行拷贝给一个临时的对象,再对调用对象++--,返回的是tmp也就是没有改变的对象,是传值返回。注意区分前置后置,后置要加上参数int。

3.反向迭代器的封装

namespace my_iterator
{
	template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
	struct ReverseIterator
	{
		typedef ReverseIterator<Iterator,Ref,Ptr> self;
		Iterator _cur;

		ReverseIterator(Iterator it)
			:_cur(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator tmp = _cur;//因为要--,而解引用是不能改值的,所以用tmp改并返回
			--tmp;
			return *tmp;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &operator*();//&this->operator*()
		}

		self operator++()
		{
			--_cur;//直接的++--就能直接改了,所以可以直接返回原对象,--(this->_cur)
			return *this;
		}

		self operator--()
		{
			++_cur;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _cur != s._cur;
		}
	};
}

第一个模版参数就是任意类型的迭代器区间,因为我们实现反向迭代器需要现有正向迭代器。

一样的不能直接++--,所以进行一层封装,此时_cur就指向传的迭代器的位置。

对解引用的重载一样是要返回引用,不然返回的是一个临时的变量对自己解引用就没用了,也只有返回的是引用才能修改。例如我们要传的是begin(),那反向迭代器就应该从哨兵位开始,所以要先对传过来的迭代器进行--。

箭头就是返回当前位置迭代器的地址,所以是直接复用上面的。

++--与正向的迭代器相反,而_cur的类型就是传过来的迭代器类型,++--会调用传过来迭代器类型的重载。

 

为什么要对正向迭代器进行封装?

4.const迭代器

	typedef list_node<T> node;
public:
	typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
	typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

	typedef ReverseIterator<iterator,T&,T*> reverse_iterator;
	typedef ReverseIterator<iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;


		const_iterator begin() const//本身const迭代器是让迭代器指向的内容不能修改,但是这样用const修饰迭代器本身也不能修改了
		{
			return const_iterator(_head->_next);
		
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(_head);
		}

 提供const版本,供const修饰的对象调用,防止权限的放大。

那为什么提供完const版本了,const版本已经可以供普通迭代器与const迭代器使用,还单独提出来这个版本?和因为const迭代器还需要迭代器也就是节点指针指向的内容不能修改。例如it是const类型迭代器的对象,*it就可以,++it也可以,但是(*it)++就不可以。

5.构造函数

		void empty_Init()
		{
			_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		list()
		{
			empty_Init();

		}
		template<class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator end)
		{

			empty_Init();//别忘加上哨兵位,没有哨兵位识别不了end
			while (first != end)
			{
				push_back(*first);
				first++;//这里的++first会调用重载的,因为传过来的是一个迭代器
			}
		}

哨兵位是空的,不放数据,但是哨兵位是正向迭代器的end,要加上。

默认无参构造就只有哨兵位,提供的迭代器的构造也要有哨兵位。

first++不用担心,first是迭代器类型的,所以会调用迭代器的++。 

6.拷贝构造

		//传统的拷贝构造
		//list(const list<T>& lt)
		//{
		//	empty_Init();
		//	for (auto e : lt)
		//	{
		//		push_back(e);//this->push_back(e)
		//	}
		//}

		void swap(list<T>& tmp)//要使用库中的swap,而库中的swap就不带const;况且交换的是头节点,const修饰的就不能修改指向
		{
			std::swap(_head, tmp._head);
		}

		//现代的拷贝构造
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_Init();
			list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());//为什么还要多一个变量,因为下面swap的参数没有const,而拷贝构造要加const
			
			swap(tmp);//this->swap(tmp)
		}

拷贝构造,直接使用库中的swap,交换头节点也就是哨兵位的指向就行,因为链表后面的关系都通过头节点找到,所以也就相当于都交换了。

注意库中swap的参数:

 

7.赋值重载

		list<T>& operator=(list<T> lt)//参数不能使用引用,使用引用再使用swap交换,原来赋值的值就被改了
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

一样是使用库中的swap,但是赋值的参数不能是引用,例如L1=L3,用引用再加上使用swap交换头节点的指向,L3就被改了,我们要求的是赋值是不能改变赋过来的对象的,内置类型也是(a=b)。 

 

8.insert

		void insert(iterator pos,const T& x)
		{
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;

			node* newnode = new node(x);
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;

			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

		}

链接节点即可,注意插入的值可能是任意类型,所以要用模版参数并且带上const与引用,防止是内置类型的值是const,传过来权限放大。

插入pos位置,也就是在pos前和pos位置之间插入。 

 

9.erase

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;
			node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete pos._node;

			return iterator(next);
		}

注意删除完返回删除数据的下一个迭代器位置。

删除就是找前找后,删除节点,链接前后。

_node是new出来的,注意配套使用。

 

10.析构

void clear()
{
	iterator it = begin();
	while (it != end())
	{
		it= erase(it);//删除后返回的是下一个数据的位置,所以循环就走起来了
	}
}

~list()
{
	clear();
	delete _head;
	_head = nullptr;
}

注意迭代器的erase删除后返回的是删除数据的下一个迭代器位置,所以用it接收就不怕迭代器失效了,同时循环也走起来了。 

11.头插头删,尾插尾删

		void push_back(const T& x)
		{
			/*node* tail = _head->_prev;
			node* newnode = new node(x);

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			_head->_prev = newnode;
			newnode->_next = _head;*/

			insert(end(), x);

		}

		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(),x);
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

直接复用即可。 

12.完整代码+简单测试

封装的反向迭代器: 

#pragma once



namespace my_iterator
{
	template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
	struct ReverseIterator
	{
		typedef ReverseIterator<Iterator,Ref,Ptr> self;
		Iterator _cur;

		ReverseIterator(Iterator it)
			:_cur(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator tmp = _cur;//因为要--,而解引用是不能改值的,所以用tmp改并返回
			--tmp;
			return *tmp;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &operator*();
		}

		self operator++()
		{
			--_cur;//直接的++--就能直接改了,所以可以直接返回原对象
			return *this;
		}

		self operator--()
		{
			++_cur;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _cur != s._cur;
		}
	};
}
#pragma once
#include "my_iterator.h"

#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <list>

using namespace my_iterator;
using namespace std;

namespace my_list
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		list_node<T>* _prev;
		list_node<T>* _next;
		T _data;

		list_node(const T& x= T())//这里不给缺省值可能会因为没有默认构造函数而编不过
			:_prev(nullptr)
			,_next(nullptr)
			,_data(x)
		{}
	};

	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _list_iterator
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;

		node* _node;//对迭代器也就是节点的指针进行封装,因为list迭代器是不能直接++的
		_list_iterator(node* n)
			:_node(n)
		{}

		Ref operator*()//返回的必须是引用,不然改变不了外面的对象的成员,要支持对自己解引用改变值就要用应用
		{
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(_node->_data);//返回地址,再解引用直接访问数据
		}

		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);//默认的拷贝构造可以,因为没有深拷贝
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
			return _node == s._node;
		}


	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> node;
	public:
		typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

		typedef ReverseIterator<iterator,T&,T*> reverse_iterator;
		typedef ReverseIterator<iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;


		void empty_Init()
		{
			_head = new node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		list()
		{
			empty_Init();

		}
		template<class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator end)
		{

			empty_Init();//别忘加上哨兵位,没有哨兵位识别不了end
			while (first != end)
			{
				push_back(*first);
				first++;//这里的++first会调用重载的,因为传过来的是一个迭代器
			}
		}
		

		//传统的拷贝构造
		//list(const list<T>& lt)
		//{
		//	empty_Init();
		//	for (auto e : lt)
		//	{
		//		push_back(e);//this->push_back
		//	}
		//}

		void swap(list<T>& tmp)//要使用库中的swap,而库中的swap就不带const;况且交换的是头节点,const修饰的就不能修改指向
		{
			std::swap(_head, tmp._head);
		}

		//现代的拷贝构造
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_Init();
			list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());//为什么还要多一个变量,因为下面swap的参数没有const,而拷贝构造要加const
			
			swap(tmp);//this->swap(tmp)
		}

		list<T>& operator=(list<T> lt)//参数不能使用引用,使用引用再使用swap交换,原来赋值的值就被改了
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it= erase(it);//删除后返回的是下一个数据的位置,所以循环就走起来了
			}
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		iterator begin()
		{
			return iterator(_head->_next);
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(_head);//哨兵位就是end
		}

		const_iterator begin() const//本身const迭代器是让迭代器指向的内容不能修改,但是这样用const修饰迭代器本身也不能修改了
		{
			return const_iterator(_head->_next);
		
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(_head);
		}

		reverse_iterator rbegin()
		{
			return reverse_iterator(end());
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return reverse_iterator(begin());
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			/*node* tail = _head->_prev;
			node* newnode = new node(x);

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			_head->_prev = newnode;
			newnode->_next = _head;*/

			insert(end(), x);

		}

		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(),x);
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		void insert(iterator pos,const T& x)
		{
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;

			node* newnode = new node(x);
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;

			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;
			node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete pos._node;

			return iterator(next);
		}
	private:
		node* _head;

	};

	void print_list(const list<int>& lt)
	{

		list<int>::const_iterator it = lt.begin();//不能直接这样写,传递过来的this指针也是const list<int>*,权限放大了,要提供const版本
		while (it != lt.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

	}

	void test_list1()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		list<int>::iterator it = lt.begin();//=调用默认的拷贝构造,是浅拷贝,但是可以,让it也指向begin的位置
		while (it != lt.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		print_list(lt);
	}


	struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1 = 0, int a2 = 0)
			:_a1(a1)
			, _a2(a2)
		{}
	};

	void test_list2()
	{
		list<AA> lt;
		lt.push_back(AA(1, 1));
		lt.push_back(AA(2, 2));
		lt.push_back(AA(3, 3));

		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//cout << (*it)._a1 << " "<<(*it)._a2<<endl;
			cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;//面对这样的类型,需要重载->,.也可以访问,但是有点别扭

			++it;
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list3()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		auto pos = lt.begin();
		++pos;
		lt.insert(pos, 20);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;


		lt.push_back(100);
		lt.push_front(1000);
		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.pop_back();
		lt.pop_front();

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

	}
	void test_list4()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.clear();

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(40);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;


	}

	void test_list5()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		list<int> lt2(lt);

		for (auto e : lt2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;


		list<int> lt3;
		lt3.push_back(10);
		lt3.push_back(20);
		lt3.push_back(30);

		for (auto e : lt3)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
		lt2 = lt3;
		for (auto e : lt2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

	}


	void test_list6()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		list<int>::iterator it = lt.begin();//=调用默认的拷贝构造,是浅拷贝,但是可以,让it也指向begin的位置
		while (it != lt.end())
		{
			(*it) *= 2;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
		while (rit != lt.rend())
		{
			cout << *rit << " ";
			++rit;
		}
		cout << endl;


		/*for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		print_list(lt);*/
	}


}

总结:

重点在迭代器与反向迭代器的的封装,其它的内容与其它的容器大致相同。

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&#x1f9d1; 作者简介&#xff1a;阿里巴巴嵌入式技术专家&#xff0c;深耕嵌入式人工智能领域&#xff0c;具备多年的嵌入式硬件产品研发管理经验。 &#x1f4d2; 博客介绍&#xff1a;分享嵌入式开发领域的相关知识、经验、思考和感悟,欢迎关注。提供嵌入式方向的学习指导…

抖店选品技巧!如何在直播间找到“爆品”?新手必看

哈喽~我是电商月月 说到选品&#xff0c;除了看商品排行榜榜单&#xff0c;还可以去直播间看别人卖的好的商品&#xff0c;我们就跟着上架 但现实就是&#xff0c;如果真的这么简单&#xff0c;就不会有那么多人的店铺因为不怎么出单而放弃开店 其实这个方法确实是对的 但这…

when语法学习及判断主机别名实例

目录 1、概念 2、实例配置 2.1 编写剧本体验when的用法 2.2 执行剧本文件 2.3 使用ansible临时命令进行测试 1、概念 when是用于判断的语法&#xff0c;将其用在每个动作的下方进行判断&#xff0c;使得只有在满足条件才会执行。 2、实例配置-判断主机别名 在每个客户端中…

c语言中声明的问题【求个关注!】

文章目录 1 变量的声明与定义&#xff08;1&#xff09;定义与声明的区别&#xff1a;&#xff08;2&#xff09;为什么要区分定义与声明&#xff1f;&#xff08;3&#xff09;extern是什么 ?&#xff08;4&#xff09;举例&#xff1a; 2 函数的声明&#xff1a;函数声明的格…

SpringCloud集成Skywalking链路追踪和日志收集

1. 下载Agents https://archive.apache.org/dist/skywalking/java-agent/9.0.0/apache-skywalking-java-agent-9.0.0.tgz 2. 上传到服务器解压 在Spring Cloud项目中&#xff0c;每部署一个服务时&#xff0c;就拷贝一份skywalking的agent文件到该服务器上并解压。不管是部署…

10-菜刀连接木马

找到了漏洞后&#xff0c;并且上传了木马之后才能使用的两款工具 中国菜刀和冰蝎 想办法获取别人的cookie&#xff0c;cookie中有session-id 一、中国菜刀 1、必须提前已经完成木马植入然后才能使用 2、木马必须是POST请求&#xff0c;参数自定义&#xff0c;在菜刀里给出…

文件操作(C语言)

目录 1.为什么使用文件&#xff1f; 2.什么是文件&#xff1f; 2.1程序文件 2.2数据文件 2.3文件名 3.二进制文件和文本文件 4.文件的打开和关闭 4.1流和标准流 4.1.1流 4.1.2标准流 4.2文件指针 4.3文件的打开和关闭 5.文件的顺序读写 5.1顺序读写函数介绍 5.2…

(二)使用VS2022克隆下载C++自制植物大战僵尸游戏教程

植物大战僵尸游戏开发教程专栏地址http://t.csdnimg.cn/uzrnw 本文将介绍如何使用VS2022克隆下载《植物大战僵尸C自制版本》。 Gitee项目地址&#xff1a; Gitee仓库地址https://gitee.com/GITLZ/PlantsVsZombies Github项目地址&#xff1a; Github仓库地址https://github…

IoC与Spring

目录 IoC控制反转 现实案例 特点 目的 DI依赖注入 小总结 介绍Spring 狭义和广义上的Spring 传统编码方式的不足 需求引入 弊端分析 IoC控制反转 现实案例 1、买水果问老板各种水果的口感而不是自己去挨个尝试一遍。 2、买房子找中介而不是自己去花时间找房东。…

金蝶云星空与旺店通·企业版对接集成供应商查询打通创建供应商

金蝶云星空与旺店通企业版对接集成供应商查询打通创建供应商 接通系统&#xff1a;金蝶云星空 金蝶K/3Cloud结合当今先进管理理论和数十万家国内客户最佳应用实践&#xff0c;面向事业部制、多地点、多工厂等运营协同与管控型企业及集团公司&#xff0c;提供一个通用的ERP服务平…

RK3588 linux 修改ulimit 配置

前言 ulimit 主要是用来限制进程对资源的使用情况的&#xff0c;它支持各种类型的限制&#xff0c;常用的有&#xff1a; 内核文件的大小限制进程数据块的大小限制Shell进程创建文件大小限制可加锁内存大小限制常驻内存集的大小限制打开文件句柄数限制分配堆栈的最大大小限制C…