【C++】——list的介绍及使用 && 模拟实现

构造函数（constructor）	接口说明
list (size_type n, const value_type& val = value_type())	构造的list中包含n个值为val的元素
list()	构造空的list
list (const list& x)	拷贝构造函数
list (InputIterator first, InputIterator last)	用[first, last)区间中的元素构造list

list的构造使用代码演示

1.2.2 list iterator的使用

此处，大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。

函数声明	接口说明
begin + end	返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器
rbegin + rend	返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位置的 reverse_iterator,即begin位置

【注意】

1.2.3 list capacity

函数声明	接口说明
empty	检测list是否为空，是返回true，否则返回false
size	返回list中有效节点的个数

1.2.4 list element access

函数声明	接口说明
front	返回list的第一个节点中值的引用
back	返回list的最后一个节点中值的引用

1.2.5 list modifiers

函数声明	接口说明
push_front	在list首元素前插入值为val的元素
pop_front	删除list中第一个元素
push_back	在list尾部插入值为val的元素
pop_back	删除list中最后一个元素
insert	在list position 位置中插入值为val的元素
erase	删除list position位置的元素
swap	交换两个list中的元素
clear	清空list中的有效元素

list的插入和删除使用代码的演示

list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。

1.2.6 list的迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。

void TestListIterator1()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	list l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	auto it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
		// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值
			l.erase(it);
		++it;
	}
}
// 改正
void TestListIterator()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	list l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	auto it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
		l.erase(it++);// it = l.erase(it);
	}
}

二、 list的模拟实现

Test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
void test_op1()
{
	srand(time(0));
	const int N = 1000000;
	list lt1;
	list lt2;
	vector v;
	for (int i = 0; i  
list.h
 #pragma once
#include
// 原生指针是天然的迭代器，前提是物理空间是连续的
namespace bit
{
	template
	struct ListNode
	{
		// 数据全部是公有的话，可以用struct
		ListNode* _next;
		ListNode* _prev;
		T _data;
		ListNode(const T& x = T())
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _data(x)
		{}
	};
	// typedef ListIterator iterator;
	// typedef ListIterator const_iterator;
	// 期望：通过原生指针(Node*)来遍历链表，但是每个节点在物理空间上的地址不连续，没办法遍历；
	// 而且解引用也拿不到节点对象中对应的数据。
	// 原生指针(节点的指针)不满足我们的预期，所以我们用类将原生指针封装一下，自定义类型可以重载运算符，就可以掌控它的行为
	template
	// Ref:Reference(引用)   Ptr:pointer(指针)
	struct ListIterator
	{
		typedef ListNode Node;
		typedef ListIterator Self;
		Node* _node;// 指针都是内置类型
		ListIterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}
		// *it
		//T& operator*()
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		// it->
		//T* operator->()
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;// 返回的是结构体A的地址
		}
		// ++it
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_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& it)
		{
			return _node != it._node;
		}
		bool operator==(const Self& it)
		{
			return _node == it._node;
		}
	};
	//template
	//struct ListConstIterator
	//{
	//	typedef ListNode Node;
	//	typedef ListConstIterator Self;
	//	Node* _node;
	//	ListConstIterator(Node* node)
	//		:_node(node)
	//	{}
	//	// *it
	//	const T& operator*()
	//	{
	//		return _node->_data;
	//	}
	//	// it->
	//	const T* operator->()
	//	{
	//		return &_node->_data;
	//	}
	//	// ++it
	//	Self& operator++()
	//	{
	//		_node = _node->_next;
	//		return *this;
	//	}
	//	Self operator++(int)
	//	{
	//		Self tmp(*this);
	//		_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& it)
	//	{
	//		return _node != it._node;
	//	}
	//	bool operator==(const Self& it)
	//	{
	//		return _node == it._node;
	//	}
	//};
	template
	class list
	{
		typedef ListNode Node;
	public:
		//typedef ListIterator iterator;// 将迭代器的类型重命名为iterator，不管迭代器是什么类型，都不重要了
		 
		// const的迭代器怎么搞呢？
		// 1、单独搞一个const迭代器的类模板；2、一个普通迭代器，一个const的迭代器，有点冗余了，可以用一个模板参数来控制
		//typedef ListConstIterator const_iterator;
		typedef ListIterator iterator;
		typedef ListIterator const_iterator;
		// 方法一：
		//iterator begin()
		//{
		//	//return iterator(_head->_next);// return后面的代码就是一个匿名对象
		//	iterator it(_head->_next);// iterator的构造函数(有名对象)
		//	return it;
		//}
		// 方法二：单参数的构造函数具有隐式类型转换
		// 普通的迭代器会被修改
		iterator begin()
		{
			return _head->_next;
		}
		iterator end()
		{
			return _head;
		}
		// const迭代器，需要是迭代器(返回的是指针)不能修改，还是迭代器指向的内容？
		// 迭代器指向的内容不能修改！const iterator不是我们需要const迭代器，const修饰的是iterator(一个自定义类型)
		// T* const p1
		// const T* p2
		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next;
		}
		// 为什么const_iterator要加中间的下划线呢？因为const iterator是使迭代器不能被修改，不是我们需要的const迭代器。
		// 所以const的迭代器并不是在普通迭代器前面加上一个const，而是创建了一个新的const_iterator类型。
		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}
		void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}
		// 无参的构造函数
		list()
		{
			empty_init();
		}
		// lt2(lt1)
		list(const list& lt)
		{
			empty_init();// 先搞一个哨兵位的头节点，自己指向自己
			// 这里的e前面要加引用，因为T有可能是string类型，如果是string类型的话，不加引用，又是浅拷贝
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		// 需要析构，一般就需要自己写深拷贝
		// 不需要析构，一般就不需要自己写深拷贝，默认浅拷贝就可以
		void swap(list& lt)
		{
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);
		}
		// lt1 = lt3
		list& operator=(list lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}
		// 清掉所有数据，但是没有清掉头节点的数据
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		/*void push_back(const T& x)
		{
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev;
			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			newnode->_next = _head;
			_head->_prev = newnode;
		}*/
		void push_back(const T& x)
		{
			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& val)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* newnode = new Node(val);
			Node* prev = cur->_prev;
			// prev newnode cur;
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			_size++;
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			_size--;
			return iterator(next);
		}
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		bool empty()
		{
			return _size == 0;
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
	void test_list1()
	{
		list lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		lt.push_back(5);
		// 不同的容器，它们内部的迭代器的类型都是不同的
		list::iterator it = lt.begin();
		// 内嵌类型：1、类部类；2、typedef
		// iterator这个类型属于list这个类域
		while (it != lt.end())
		{
			*it += 10;
			cout