一、对于list的源码的部分分析
1.分析构造函数
首先，我们一开始最先看到的就是这个结点的结构体，在这里我们可以注意到这是一个双向链表。有一个前驱指针，一个后继指针。然后在有一个存储数据的空间
其次它的迭代器是一个自定义类型，而非原生指针。这里我们先不管，我们接着往下看。
我们继续找成员变量，在这里我们就找到了成员变量，但是这个类型我们看不懂，于是我们先略过。
通过对定义的查找，可以看到这个实际上还是一个指针。但是这个指针我们还是看不懂。
于是我们继续去速览定义，于是就找到了这里
这里我们可以注意到这个结点的类型其实就是一个类模板，这个模板正好就是我们一开始就看到的用结构体定义的一个结点。因此我们可以知道，这个成员变量实际就是一个指针，这个指针指向一个结点。这样一想象，就有点像我们在c语言使用链表时候的头节点了。
那么接下来，我们应该分析一下构造函数是什么样子的。
不难发现，就在成员变量的下方，正好就是一个无参的构造函数。也就是默认构造函数
但是在这里它又封装了一层函数，于是乎我们继续深入查看
如下所示，我们看到了具体的函数内容，从名字上来看，get_node 我们挺名字就知道开空间的。也就是得到一个结点，然后返回这个结点指针。这样一来，我们的成员变量就获取的实际的一个结点，然后让它的next和prev都指向自己，这样一来这个结点形成一个自循环。现在就能看出来这是一个带头双向循环链
我们也可以继续深入
如上图所示，这里的allocated设计到空间配置器。这里我们就先不做了解了。之后在学习中我们详细介绍。
我们往下看会看到put_node，这个函数其实就是释放结点的。在后面还有这样一个函数，这个函数是create_node不难理解，这个就是获取一个结点，先给这个结点开空间，然后调用构造函数。等一系列操作。既然这里涉及到一个构造，那么我们可以继续深入，看看这个构造里面是什么东西？但是这里涉及到了C++11的内容了，这边我们就先不管它了，我们只需要知道这里的空间能new出来就行。
2.对于头尾插的分析
作为链表，我们知道除了构造最重要的，肯定是头尾插，这里我们先找到头尾插的对应的函数
我们发现头尾插都调用了insert这个函数，因此我们需要先找到这个函数，
这里我们也是能大概理解的，先创造一个结点，然后进行连接。现在我们也基本读懂了这个大体的框架了，但是这里还需要注意的是：由于一开始的结点里面的指针都是空指针，导致后面需要经历很多的强制类型转化。所以这里我们如果一开始就定义好指针的类型是最好的。
二、list的模拟实现
1.list的节点声明
为了不和标准库中的list类冲突，我们可以开一个自己的命名空间，
其次，C++中对结点进行定义的时候可以只写类名，这与class是一样的。注意不要忘记带上模板参数T，因为我们写的结点也只是一个模板。因为类名不是类型，他实例化以后可以有各种各样的结点类型
cpp
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _val;
};2.list类的成员变量
由于我们的结点是一个模板，对于它而言，它的类型就比较繁琐，我们可以在list类里面使用typedef进行一次重命名。然后再私有里面再定义一个指针，这个指针就是一个结点指针。
cpp
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
private:
Node* _head;
};3.list类的默认构造函数
如下所示，我们定义好了成员变量以后，我们就写一个默认构造函数，当我们对这个链表类进行实例化的时候，自动调用这个默认构造函数，这个默认构造函数会为成员变量的头节点指针分配实际的空间，在new Node空间的时候，会调用它Node（即list_node<T>）类的默认构造函数函数。从而成功的开辟好这块空间。
cpp
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}4.list类的尾插
如下所示，我们的尾插逻辑也是比较简单的，先利用我们传过来的val去开辟一个新的结点，注意这里开辟新结点的时候使用new的话可以直接带一个括号去调用它的构造函数
cpp
void push_back(const T& val)
{
Node* newnode = new Node(val);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}5.结点的默认构造函数
有了上面的分析之后，我们现在缺的是一个结点的默认构造函数，我们直接给一个缺省值，使用T()就是一个匿名对象来初始化，对于内置类型也是同样适用的。然后我们使用初始化列表即可。
cpp
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_val(val)
{}6.list类的迭代器
首先我们思考一下，可否像vector一样直接在类里面typedef 一个迭代器？
显然是不行的,因为链表不支持下标随机访问,list是不连续的，指针加1后，地址早已不知道跑到哪个结点去了。其次这里仅仅只是结点的指针，解引用后，找到的仅仅只是结点，我们还需要进一步解引用才能找到对应的真正的值。
直接typedef的话，会使得迭代器的++和解引用操作均失效了，这时候我们只能使用运算符重载了。才能解决这个问题。既然要运算符重载，这里我们最好再次封装一个类出来。因为如果不封装一个类出来的话，我们无法完成此处的运算符重载。
如下所示，是我们实现的iterator的类
cpp
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
T& operator*()
{
return _node->_val;
}
__list_iterator<T>& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)
{
return _node != it._node;
}
};这个类我们使用了一个结构体去封装，在这个结构体中，我们只有一个成员变量，这个成员变量是结点类的指针，用于指向某一个结点， 在我们一开始定义出迭代器的时候，我们需要先写一个构造函数，用于迭代器的初始化。即需要传一个参数node来控制。
与之对应的，我们在list中就需要写出对应的begin和end函数，来返回迭代器。
cpp
typedef __list_iterator<T> iterator;
iterator begin()
{
//return _head->_next //单参数的构造函数支持隐式类型转换
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}下面我们这里将迭代器的基本操作写的稍微完善一些
cpp
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
T& operator*()
{
return _node->_val;
}
__list_iterator<T>& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
__list_iterator<T> operator++(int)
{
__list_iterator<T> tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const __list_iterator<T>& it)
{
return _node == it._node;
}
};7.const迭代器
我们可以拷贝一份原来的迭代器，然后改变一下类名和解引用这个成员函数的返回值即可
cpp
template<class T>
struct __list_const_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
__list_const_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_val;
}
__list_const_iterator<T>& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
__list_const_iterator<T> operator++(int)
{
__list_const_iterator<T> tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
bool operator!=(const __list_const_iterator<T>& it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const __list_const_iterator<T>& it)
{
return _node == it._node;
}
};即如上代码所示，但是这样设计太过于冗余了。不过这个也是可以正常运行的，我们先补两个接口
cpp
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}其实我们可以通过一个类型去控制这个返回值，而要控制这个类型，就需要增加一个模板参数即可
在迭代器类中添加一个Ref参数,然后让*的运算符重载返回这个模板参数,最后代码如下：
cpp
template<class T, class Ref>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
bool operator!=(const self & it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self & it)
{
return _node == it._node;
}
};当然现在还没完，还有时候，我们可能会写出这样的代码
cpp
struct A
{
A(int a = 0, int b = 0)
:_a(a)
,_b(b)
{}
int _a;
int _b;
};
void test2()
{
list<A> lt;
lt.push_back(A(1, 1));
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back(A(3, 3));
lt.push_back(A(4, 4));
lt.push_back(A(5, 5));
list<A>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << it->_a << " ";
it++;
}
cout << endl;
}我们显然发现是无法正常运行的。由于迭代器是类似于指针的操作，我们有时候就需要->操作符去解引用。所以,我们需要加上一个->的运算符重载。
cpp
T* operator->()
{
return &_node->_val;
}如上所示，是写在迭代器里面的operator运算符重载,
然而当我们细心的话，我们会发现这个运算符重载是比较怪异的。哪里怪异呢？
首先我们这个运算符重载返回的是什么呢？是A*，也就是说它还需要一次->解引用才能找到真正的值。那么我们这里为什么可行呢？
严格来说，it->->_a，才是符合语法的。
因为运算符重载要求可读性，那么编译器特殊处理，省略了一个->
上面这个运算符重载仅仅只是针对于普通对象的，如果是const对象的话，那么我们只能使用跟*运算符重载一样的处理方法，多传一个参数，才可以解决这个问题。也就是我们需要三个模板参数才可以。
最终我们的迭代器代码如下所示
cpp
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_val;
}
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) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self & it) const
{
return _node == it._node;
}
};8.插入和删除接口
整体简单,这里直接展示源码:
cpp
void push_back(const T& val)
{
//insert(end(), val);
Node* newnode = new Node(val);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* newnode = new Node(val);
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
cur = nullptr;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return next;
}9.size
这个不难,我可以通过遍历解决得出size,但是这样子的时间复杂度可能有点高,
cpp
size_t size()
{
size_t sz = 0;
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it++;
sz++;
}
return sz;
}这里我们也可以用第二种方法,多加一个成员变量存储节点数量,每次插入节点时++,删除节点时--,这里我就不多做解释了
10.clear
这个就是遍历释放空间就行
cpp
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}11.析构函数
析构函数也是很简单的，析构和clear的区别就是析构会删除头节点，而clear不会删除头节点。
cpp
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}12.拷贝构造函数
这里设计空间的开辟,所以需要深拷贝,代码如下:
cpp
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}当然在这里我们发现拷贝构造和默认构造有点重复了。我们可以对前面重复的部分在封装一个函数，从而简化代码:
cpp
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
//_head = new Node;
//_head->_next = _head;
//_head->_prev = _head;
//_size = 0;
empty_init();
}
list(const list<T>& lt)
{
//_head = new Node;
//_head->_next = _head;
//_head->_prev = _head;
//_size = 0;
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}13.赋值运算符重载
如下所示，这个也是比较简单，我们直接使用现代写法吧:
cpp
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}同时我们需要注意库里面的函数返回值和形参写的是类名，而不是类型,
这是因为在类模板里面写成员函数的时候，是允许用类名代替类型的。即我们的代码下面这些部分可以直接换为类名，但是呢，这里不建议使用，因为这种行为会降低可读性。
三、模拟list类的全部代码
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<list>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace Sim
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_val(val)
{}
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_val;
}
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) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self & it) const
{
return _node == it._node;
}
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
iterator begin()
{
//return _head->_next //单参数的构造函数支持隐式类型转换
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator begin() const
{
//return _head->_next //单参数的构造函数支持隐式类型转换
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
//_head = new Node;
//_head->_next = _head;
//_head->_prev = _head;
//_size = 0;
empty_init();
}
list(const list<T>& lt)
{
//_head = new Node;
//_head->_next = _head;
//_head->_prev = _head;
//_size = 0;
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
//Node* newnode = new Node(val);
//Node* tail = _head->_prev;
//tail->_next = newnode;
//newnode->_prev = tail;
//newnode->_next = _head;
//_head->_prev = newnode;
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* newnode = new Node(val);
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
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* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
delete cur;
cur = nullptr;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
--_size;
return next;
}
size_t size()
{
//size_t sz = 0;
//iterator it = begin();
//while (it != end())
//{
// it++;
// sz++;
//}
//return sz;
return _size;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}
}