@[TOC]

list的模拟实现

默认成员函数

构造函数

list是一个带头双向循环链表，在构造一个list对象时，new一个头结点，并让其prev和next都指向自己即可。

      void empty_init()
        {
   
   
            _head = new Node;
            _head->_next = _head;
            _head->_prev = _head;
            _size = 0;

        }
    //默认构造
        list()
        {
   
   
            empty_init();
        }

拷贝构造函数

//拷贝构造函数
list(const list<T>& lt)
{
   
   
    _head = new node; //申请一个头结点
    _head->_next = _head; //头结点的后继指针指向自己
    _head->_prev = _head; //头结点的前驱指针指向自己
    for (auto & e : lt) //两个 e都是同一个
    {
   
   
        push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到新构造的容器后面
    }
}

赋值运算符重载

版本一（推荐）：
参数不使用引用，让编译器自动调用list的拷贝构造函数构造出来一个list对象，然后调用swap函数将原容器与该list对象进行交换

这样做相当于将应该用clear清理的数据，通过交换函数交给了容器lt，而当赋值运算符重载函数调用结束时，容器lt会自动销毁，并调用其析构函数进行清理。

        list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            //list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            // lt1 = lt2
        {
   
   
            this->swap(lt);
            return *this; 
          }

版本二：
先调用clear函数将原容器清空，然后将容器lt当中的数据，通过遍历的方式一个个尾插到清空后的容器当中即可。

list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{
   
   
    if (this != &lt) //避免自己给自己赋值
    {
   
   
        clear(); //清空容器
        for (const auto& e : lt)
        {
   
   
            push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到链表后面
        }
    }
    return *this; //支持连续赋值
}

析构函数

对对象进行析构时，首先调用clear函数清理容器当中的数据，然后将头结点释放，最后将头指针置空

         void clear()
        {
   
   
            iterator it = begin();
            while (it!= end() )    
            {
   
   
                it = erase(it);

            }
            _size = 0;
        }

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

迭代器

迭代器为什么要存在？

string 和vector的迭代器

string和vector将数据存储在一段连续的内存空间，那么可以通过指针进行自增、自减以及解引用等操作，就可以对相应位置的数据进行一系列操作，所以string和vector是天然的迭代器

list的迭代器
list中各个结点在内存当中的位置是随机的，不一定是连续的，我们不能仅通过结点指针的自增、自减以及解引用等操作对相应结点的数据进行操作 ,采用类封装迭代器，在迭代器类的内部，重载 ++ 、 --、 *、 -> 、 !=、 == 这些迭代器会用到的运算符

const_iterator

在const迭代器中，const迭代器指向的内容不能被修改。也就是解引用返回的值不能被修改。迭代器本身是可以修改的，有两种解决方案 ：
1 再封装一个const迭代器类

    template< class T>
    //const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改
    struct __list_const_iterator
    {
   
   
        typedef list_node<T>  Node;

        //构造函数
        __list_const_iterator(Node* node)
            :_node(node)
        {
   
   

        }

        const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用
            //const： 返回节点的值，不能修改
        {
   
   
            return _node->_val;
        }

        //前置++,返回++之后的值
        __list_const_iterator& operator++()
            //__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  )
        {
   
   
            _node = _node->_next;
            return *this;
        }
        //后置++ ,返回++之前的值
        __list_const_iterator operator++(int)
        {
   
   
            __list_const_iterator tmp(*this);
            _node = _node->_next;
            return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
        }

        bool operator==(const __list_iterator<T>& it)
        {
   
   
            return *this == it._node;
        }
        bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性
        {
   
   
            return *this != it._node;
        }
        Node* _node;
    };

2 选择增加模板参数，复用代码（推荐）

template<class T, class Ref, class Ptr>

c++库就是用的这种解决方案

    //template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
    //普通迭代器
    //Ref是引用 ，Ptr是指针
    template<class T,class Ref,class Ptr>
    struct  __list_iterator
    {
   
   
        typedef list_node<T> Node;
        typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;

        //构造函数
        __list_iterator(Node* node)
            :_node(node)
        {
   
   

        }

        Ref operator*()
        {
   
   
            return _node->_val;
        }

        Ptr operator->()
        {
   
   
            return &_node->_val;
        }

        //前置++,返回++之后的值
        self & operator++()
            //__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  )
        {
   
   
            _node = _node->_next;
            return *this;

        }
        //后置++ ，返回++之前的值
          self  operator++(int)
            //    __list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int)
        {
   
   
            self tmp(*this);//拷贝构造
            _node = _node->_next;
            return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
        }
        bool operator!= (const self& it)
        {
   
   
            return _node != it._node;
        }
        bool operator== (const self & it)
        {
   
   
            return _node == it._node;
        }
        Node* _node;
    };
    template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
    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;
        //迭代器 
        //能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换
        iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
        {
   
   
            //return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
            //还可以写成 return iterator(_head);
            return iterator(_head);
        }
        iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
        {
   
   
            //return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
            //还可以写成 return iterator(_head->_next)
            return iterator(_head->_next);
        }

        const_iterator begin() const
        {
   
   
            return const_iterator(_head->_next);
        }

        const_iterator end() const
        {
   
   
            return const_iterator(_head);
        }
        //默认构造
        list()
        {
   
   
            empty_init();
        }
        // lt2(lt1)
        //还没有实现const_iterator
        list(const list<T>& lt)
        {
   
   
            empty_init();
            //拷贝数据
            for (auto & e :lt )//遍历lt
            {
   
   
                push_back(e);
            }
        }
        ~list()
        {
   
   
            clear();
            delete _head;
            _head = nullptr;
        }
        void empty_init()
        {
   
   
            _head = new Node;
            _head->_next = _head;
            _head->_prev = _head;
            _size = 0;

        }
        void swap(list<T> & lt)
        {
   
   
            std:: swap(_head,lt._head );
            std::swap(_size, lt._size);
        }


        list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            //list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            // lt1 = lt2
        {
   
   
            this->swap(lt);
            return *this; 
          }


        void clear()
        {
   
   
            iterator it = begin();
            while (it!= end() )    
            {
   
   
                it = erase(it);

            }
            _size = 0;
        }
        void push_back(const T& x)
        {
   
   
            insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入
        }
        //pos位置之前插入
        iterator insert(iterator pos, const T& x)
        {
   
   
            Node* cur = pos._node;
            Node* prev = cur->_prev;
            Node* newnode = new Node(x);
            // prev newnode cur 链接关系
            prev->_next = newnode;
            newnode->_prev = prev;
            newnode->_next = cur;
            cur->_prev = newnode;
            ++_size;
            return newnode;
        }
        iterator erase (iterator pos)

        {
   
   
            assert(pos != end());
            Node* cur = pos._node;
            Node* next = cur->_next;
            Node* prev = cur->_prev;
            //prev next 
            prev->_next = next;
            next->_prev = prev;

            delete cur;
            --_size;
            return next;
        }

        size_t size()
        {
   
   
            return _size;
        }
        void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
        {
   
   
            insert(begin(),x);
        }
        void pop_back()
        {
   
   
            erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
        }
        void pop_front()
        {
   
   
            erase(begin());
        }
    private:
        Node* _head;
        size_t _size;
    };

当我们定义const对象时，会自动调用const修饰的迭代器。当调用const修饰的迭代器时，__list_iterator的模板参数就会实例化为const T&。实际上在实例化时，const和非const修饰的还是两个不同类，只不过是实例化的代码工作交给了编译器处理了。

begin和end

对于list,第一个有效数据的迭代器就是头结点后一个结点
begin函数返回的是第一个有效数据的迭代器，即头节点的下一个位置
end函数返回的是最后一个有效数据的下一个位置的迭代器，即头节点

        iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
        {
   
   
            return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
            //还可以写成 return iterator(_head);
        }
        iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
        {
   
   
            return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
            //还可以写成 return iterator(_head->_next)
        }

const对象的begin函数和end函数

    const_iterator begin() const
        {
   
   
            return const_iterator(_head->_next);//返回使用头结点后一个结点
        }

        const_iterator end() const
        {
   
   
            return const_iterator(_head);//返回使用头结点
        }

insert

重新改变prev newnode cur 三者之间的链接关系

     //pos位置之前插入
        iterator insert(iterator pos, const T& x)
        {
   
   
            Node* cur = pos._node;
            Node* prev = cur->_prev;
            Node* newnode = new Node(x);
            // prev newnode cur 链接关系
            prev->_next = newnode;
            newnode->_prev = prev;
            newnode->_next = cur;
            cur->_prev = newnode;
            ++_size;
            return newnode;
        }

erase

改变prev和next之间的链接关系，然后释放cur

iterator erase (iterator pos)
        {
   
   
            assert(pos != end());
            Node* cur = pos._node;
            Node* next = cur->_next;
            Node* prev = cur->_prev;
            //prev next 
            prev->_next = next;
            next->_prev = prev;
            delete cur ;
            --_size;
            return next;
        }

push_back && pop_back

    void push_back(const T& x)
        {
   
   
            insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入
        }
    void pop_back()
        {
   
   
            erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
        }

push_front &&pop_front

        void pop_front()
        {
   
   
            erase(begin());
        }
        void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
        {
   
   
            insert(begin(),x);
        }

swap

swap函数用于交换两个容器，list容器当中存储的是链表的头指针和size，我们将这两个容器当中的头指针和size交换

        void swap(list<T> & lt)
        {
   
   
            std:: swap(_head,lt._head );
            std::swap(_size, lt._size);
        }

注意： 这里调用库里的swap模板函数，需要在swap函数之前加上“std::”，告诉编译器在c++标准库寻找swap函数，否则编译器编译时会认为你调用的是正在实现的swap函数（就近原则）

总结

完整代码

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<list>
using namespace std;
namespace cxq
{
   
   
    //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
    template<class T>
    //节点
    struct list_node
    {
   
   

        //构造函数
        list_node(const T& val = T()) //缺省值是匿名对象,c++对内置类型进行了升级
            :_prev(nullptr)
            , _next(nullptr)
            , _val(val)
        {
   
   

        }

        list_node<T>* _prev;
        list_node<T>* _next;
        T _val;
    };

    //template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
    //普通迭代器
    //Ref是引用 ，Ptr是指针
    template<class T,class Ref,class Ptr>
    struct  __list_iterator
    {
   
   
        typedef list_node<T> Node;
        typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;

        //构造函数
        __list_iterator(Node* node)
            :_node(node)
        {
   
   

        }

        Ref operator*()
        {
   
   
            return _node->_val;
        }

        Ptr operator->()
        {
   
   
            return &_node->_val;
        }

        //前置++,返回++之后的值
        self & operator++()
            //__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  )

        {
   
   
            _node = _node->_next;
            return *this;

        }
        //后置++ ，返回++之前的值
          self  operator++(int)
            //    __list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int)

        {
   
   
            self tmp(*this);//拷贝构造
            _node = _node->_next;
            return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
        }
        bool operator!= (const self& it)
        {
   
   
            return _node != it._node;
        }
        bool operator== (const self & it)
        {
   
   
            return _node == it._node;
        }

        Node* _node;
    };


    //template< class T>
    ////const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改
    //struct __list_const_iterator
    //{
   
   
    //    typedef list_node<T>  Node;

    //    //构造函数
    //    __list_const_iterator(Node* node)
    //        :_node(node)
    //    {
   
   

    //    }

    //    const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用
    //        //const： 返回节点的值，不能修改
    //    {
   
   
    //        return _node->_val;
    //    }

    //    //前置++,返回++之后的值
    //    __list_const_iterator& operator++()
    //        //__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  )
    //    {
   
   
    //        _node = _node->_next;
    //        return *this;
    //    }
    //    //后置++ ,返回++之前的值
    //    __list_const_iterator operator++(int)
    //    {
   
   
    //        __list_const_iterator tmp(*this);
    //        _node = _node->_next;
    //        return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 
    //    }

    //    bool operator==(const __list_iterator<T>& it)
    //    {
   
   
    //        return *this == it._node;
    //    }
    //    bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性
    //    {
   
   
    //        return *this != it._node;
    //    }
    //    Node* _node;
    //};


    template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数
    class list
    {
   
   

        typedef list_node<T>  Node;
    public:
        typedef  __list_iterator<T ,T&,T* >  iterator;//普通迭代器
        typedef  __list_iterator<T, const T&, const T * >  const_iterator;//const 迭代器


        //迭代器 
        //能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换
        iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点
        {
   
   
            //return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 
            //还可以写成 return iterator(_head);
            return iterator(_head);
        }
        iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置
        {
   
   
            //return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换
            //还可以写成 return iterator(_head->_next)
            return iterator(_head->_next);
        }

        const_iterator begin() const
        {
   
   
            return const_iterator(_head->_next);
        }

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


        //默认构造
        list()
        {
   
   
            empty_init();
        }
        // lt2(lt1)
        //还没有实现const_iterator
        list(const list<T>& lt)
        {
   
   
            empty_init();
            //拷贝数据
            for (auto & e :lt )//遍历lt
            {
   
   
                push_back(e);
            }
        }

        ~list()
        {
   
   
            clear();
            delete _head;
            _head = nullptr;
        }
        void empty_init()
        {
   
   
            _head = new Node;
            _head->_next = _head;
            _head->_prev = _head;
            _size = 0;

        }
        void swap(list<T> & lt)
        {
   
   
            std:: swap(_head,lt._head );
            std::swap(_size, lt._size);
        }


        list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            //list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造
            // lt1 = lt2
        {
   
   
            this->swap(lt);
            return *this; 
          }


        void clear()
        {
   
   
            iterator it = begin();
            while (it!= end() )    
            {
   
   
                it = erase(it);

            }
            _size = 0;
        }
        void push_back(const T& x)
        {
   
   
            ////找尾
            //Node* tail = _head->_prev;
            //Node* newnode = new Node(x);
            ////改变链接关系 
            ///*newnode = tail->next;*/
            //tail->_next = newnode;
            //newnode->_prev = tail;

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

            insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入

        }
        //pos位置之前插入
        iterator insert(iterator pos, const T& x)
        {
   
   
            Node* cur = pos._node;
            Node* prev = cur->_prev;
            Node* newnode = new Node(x);
            // prev newnode cur 链接关系
            prev->_next = newnode;
            newnode->_prev = prev;
            newnode->_next = cur;
            cur->_prev = newnode;
            ++_size;
            return newnode;
        }
        iterator erase (iterator pos)

        {
   
   
            assert(pos != end());
            Node* cur = pos._node;
            Node* next = cur->_next;
            Node* prev = cur->_prev;
            //prev next 
            prev->_next = next;
            next->_prev = prev;

            delete cur;
            --_size;
            return next;
        }

        size_t size()
        {
   
   
            return _size;
        }
        void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝
        {
   
   
            insert(begin(),x);
        }
        void pop_back()
        {
   
   
            erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删
        }
        void pop_front()
        {
   
   
            erase(begin());
        }

    private:
        Node* _head;
        size_t _size;
    };
    void test_list1()
    {
   
   
        list<int> lt1;
        lt1.push_back(1);
        lt1.push_back(2);

        list<int>::iterator it = lt1.begin();//拷贝构造
        while (it != lt1.end())
        {
   
   
            cout << *it << " ";
            it++;
        }
        cout << endl;
    }
    void test_list2()
    {
   
   
        list<int> lt1;
        lt1.push_back(1);
        lt1.push_back(2);

        list<int> lt2 (lt1);
        for (auto e : lt1)
        {
   
   
            cout << e << " ";
        }
        cout << endl;
    }
}

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