【爱上C++】list用法详解、模拟实现

勇敢滴勇2024-07-28 23:46

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一：list介绍以及使用

1.list介绍

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  1. list是可以在常数范围内（ 时间复杂度为O(1) ）在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代(双向迭代器)。
  2. list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
  3. list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
  4. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
  5. 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)

2.基本用法

①list构造方式

cpp 复制代码 
    list<int> l1;                         // 构造空的l1
    list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
    list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
    list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4
    
    // 以数组为迭代器区间构造l5
    int array[] = { 16,2,77,29 };
    list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    // 列表格式初始化C++11
    list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };

②list迭代器的使用

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。

【注意】

  1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

  2. rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

cpp 复制代码 
int main() {
    // 创建一个整数列表，并初始化列表
    list<int> mylist = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用 begin() 和 end() 迭代器遍历列表
    cout << "使用 begin() 和 end():" << endl;
    for (list<int>::iterator it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it) {
        cout << *it << " "; // 输出当前迭代器指向的元素
    }
    cout << endl;

    // 使用 rbegin() 和 rend() 迭代器反向遍历列表
    cout << "使用 rbegin() 和 rend():" << endl;
    for (list<int>::reverse_iterator rit = mylist.rbegin(); rit != mylist.rend(); ++rit) {
        cout << *rit << " "; // 输出当前反向迭代器指向的元素
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

③容量

cpp 复制代码 
	list<int> v1;
	if (v1.empty())
	{
		cout << "空";
	}
	cout << endl;
	list<int> v2{ 1,2,3,4 };
	cout << v2.size();

④元素访问

cpp 复制代码 
int main() {
    // 创建一个整数列表，并初始化列表
    list<int> mylist = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 使用 front() 返回列表的第一个节点中值的引用
    cout << "列表的第一个元素: " << mylist.front() << endl;

    // 使用 back() 返回列表的最后一个节点中值的引用
    cout << "列表的最后一个元素: " << mylist.back() << endl;

    // 修改第一个和最后一个元素的值
    mylist.front() = 100;
    mylist.back() = 500;

    // 输出修改后的列表
    cout << "修改后的列表: ";
    for (const auto& value : mylist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

⑤插入和删除

push_back/pop_back/push_front/pop_front

cpp 复制代码 
void PrintList(const list<int>& l)
{
    // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
    for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 编译不通过
    }

    cout << endl;
}
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    // 在list的尾部插入4，头部插入0
    L.push_back(4);
    L.push_front(0);
    PrintList(L);

    // 删除list尾部节点和头部节点
    L.pop_back();
    L.pop_front();
    PrintList(L);
}

insert/erase

cpp 复制代码 
void TestList4()
{
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));

    // 获取链表中第二个节点
    auto pos = ++L.begin();
    cout << *pos << endl;

    // 在pos前插入值为4的元素
    L.insert(pos, 4);
    PrintList(L);

    // 在pos前插入5个值为5的元素
    L.insert(pos, 5, 5);
    PrintList(L);

    // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
    vector<int> v{ 7, 8, 9 };
    L.insert(pos, v.begin(), v.end());
    PrintList(L);

    // 删除pos位置上的元素
    L.erase(pos);
    PrintList(L);

    // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
    L.erase(L.begin(), L.end());
    PrintList(L);
}

⑥其他操作

resize/swap/clear

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main() {
    // 创建一个包含初始值的列表
    list<int> mylist = {10, 20, 30, 40, 50};
    cout << "初始列表: ";
    for (const auto& value : mylist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用 resize 改变列表的大小
    mylist.resize(3); // 将列表缩小到3个元素
    cout << "使用 resize 缩小列表后: ";
    for (const auto& value : mylist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    mylist.resize(5, 100); // 将列表扩展到5个元素，新元素的值为100
    cout << "使用 resize 扩展列表后: ";
    for (const auto& value : mylist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    // 创建另一个列表并交换内容
    list<int> otherlist = {1, 2, 3};
    cout << "另一个列表: ";
    for (const auto& value : otherlist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    mylist.swap(otherlist); // 交换两个列表的内容
    cout << "使用 swap 交换后，mylist: ";
    for (const auto& value : mylist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "使用 swap 交换后，otherlist: ";
    for (const auto& value : otherlist) {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用 clear 清空列表
    mylist.clear();
    cout << "使用 clear 清空列表后，mylist 为空，大小为: " << mylist.size() << endl;

    return 0;
}

3.list与vector对比

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下：

vector list
底层结构 动态顺序表，一段连续空间 带头结点的双向循环链表
随机访问 支持随机访问，访问某个元素效率O(1) 不支持随机访问，访问某个元素效率O(N)
插入和删除 任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空<间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低 任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1)
空间利用率 底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高 底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低
迭代器 原生态指针 对原生态指针(节点指针)进行封装
迭代器失效 在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效 插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响
场景使用 需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率 大量插入和删除操作，不关心随机访问

二：list模拟实现

1.基本框架

list模拟实现的代码由三部分组成，内容较多，为了便于理解这里先提前介绍大致框架，后面再对每一部分详细讲解。

分为以下几大部分：

  • 节点结构体模板
  • __list_iterator 结构体模板
  • list结构体模板（由一个个节点组成）
  • 测试函数

1.首先，我们定义了一个节点结构体模板 ListNode，它包含：

  • ListNode* 类型的 _next 和 _prev 指针，分别指向前后节点。
  • T 类型的 _data，存放节点的数据。
  • ListNode 的构造函数初始化这些成员。

2.然后，我们定义了一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器。这个迭代器包含：

  • 一个指向当前节点的指针 _node。
  • 构造函数、前置和后置 ++、-- 运算符重载、解引用运算符、相等和不相等比较运算符等操作。

为了简化代码，__list_iterator 使用了两个 typedef：

  • 将 ListNode 重命名为 Node。
  • 将 __list_iterator<T, Ref, Ptr> 重命名为 self。

3.接下来，我们实现了 list 结构体模板。

  • 它包含一个带哨兵位的头结点 _head，类型为 Node* 。通过这个头结点以及迭代器指向的各个节点，形成一个带头的双向循环链表。
  • 在 list 中，我们将 __list_iterator<T, T&, T*> 重命名为 iterator，将 __list_iterator<T, const T&, const T*> 重命名为 const_iterator，一种是普通迭代器，一种是常量迭代器，以便用户更方便地使用迭代器。

通过这些定义，我们实现了一个功能完整的双向循环链表，并且提供了迭代器接口，使得用户可以方便地遍历和操作链表中的元素。

这个结构通过 ListNode 实现了双向节点连接，通过 __list_iterator 实现了链表的遍历和操作接口，并通过 list 结构体模板实现了整体的双向循环链表功能。测试函数用于验证各部分的功能和接口是否正常运行。

节点类

cpp 复制代码 
	template<class T>//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。这样做的原因是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T
	struct ListNode
	{
        //成员函数
        ListNode(const T& val = T()); //构造函数

		ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针
		ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针
		T _data;		   // 节点存储的数据
	};

迭代器类

cpp 复制代码 
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{	
	typedef ListNode<T> Node;					// 定义节点类型的别名
	typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;  // 定义迭代器类型的别名
	//__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。
    //通过不同的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。
	
	//构造函数，接受一个节点指针
	__list_iterator(Node* x);
	// 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
	//++it
	self& operator++();
	//it++
	self operator++(int);
	self& operator--();
	self operator--(int);
	Ref operator*();
	Ptr operator->();
	bool operator!=(const self& s);
	bool operator ==(const self& s);

    Node* _node;					// 指向链表节点的指针
	
};

list类

cpp 复制代码 
template<class T>
class list
{ 	
 public:
    typedef ListNode<T> ListNode;
    typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
    typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
	
    //默认成员函数
    //构造
    list();
    list(size_t n, const T& val = T());
    list(int n, const T& val = T());
    template<class InputIterator>//取名为InputIterator说明可以用任意类型的迭代器构造
	list(InputIterator first, InputIterator last);

    //拷贝构造
    list(const list<T>& lt);
    //赋值运算符重载
    list<T>& operator=(const list<T>& lt);
    //析构
    ~list();

    //迭代器相关函数
    //正向迭代器
    iterator begin();
    iterator end();
    const_iterator begin() const;
    const_iterator end() const;
    
    //访问容器相关函数
    T& front();
    T& back();
    const T& front() const;
    const T& back() const;

    //插入、删除函数
    iterator insert(iterator pos, const T& x);
    iterator erase(iterator pos);
    void push_back(const T& x);
    void pop_back();
    void push_front(const T& x);
    void pop_front();

    //其他函数
    size_t size() const;
    void resize(size_t n, const T& val = T());
    void clear();
    bool empty() const;
    void swap(list<T>& lt);
 private:
        ListNode* _head; //指向链表头结点的指针
};

2.节点结构体模板

实现一个list实际上是实现一个带头双向循环链表。首先，需要定义一个结点类，每个结点应存储以下信息：数据、前驱指针和后继指针。

对于结点类的成员函数，只需实现一个构造函数即可，因为结点类的唯一职责是根据数据构造结点。结点的释放操作由list类的析构函数统一管理，不需要在结点类中单独实现。

原因如下：

结点类的析构函数

结点类不需要单独的析构函数，因为：

  1. 自动内存管理 ：C++的内存管理机制会自动调用析构函数来释放对象的内存。在结点类中，通常不涉及动态内存分配（如使用new创建成员），因此不需要特别的内存释放操作。
  2. 链表类负责内存管理 ：链表类（如list）会在其析构函数中遍历所有结点并删除它们，确保所有结点的内存被正确释放。

结点的创建和销毁

在链表的操作中，结点的创建和销毁是由链表类控制的：

  1. 创建结点：在需要添加新结点时，链表类会使用结点类的构造函数创建新结点。
  2. 销毁结点：在链表类的析构函数或其他删除操作中，会遍历所有结点并删除它们，从而调用每个结点的析构函数。
cpp 复制代码 
	template<class T>
//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。
//这样做的原因是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T
	struct ListNode
	{
        //成员函数
        ListNode(const T& val = T()) //构造函数
        {
        :_val(val)
        ,_prev(nullptr)
        ,_next(nullptr)
        }
//使用默认参数 T() 初始化 _data，并将 _next 和 _prev 初始化为 nullptr

		ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针
		ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针
		T _data;		   // 节点存储的数据
	};

ListNode(const T& x = T()) 必须加上 =T() !!!

默认参数的提供：

  • 构造函数中的 = T() 表示如果调用者在创建 ListNode 对象时没有提供参数 x，则会使用 T() 这个默认值来初始化 _data 成员变量。
  • 灵活性：这种构造函数提供了更大的灵活性。如果调用者提供了参数 x，则会使用提供的值来初始化节点的 _data 成员；如果没有提供参数 x，则会使用 T() 的默认构造函数生成一个默认值来初始化 _data。
  • 适用性：对于链表节点来说，可能存在需要默认构造的情况，例如默认构造一个空节点或者默认值为特定类型的情况。通过提供默认参数，可以简化在某些场景下节点的创建。
    为什么ListNode* _prev; 要加？？？

模板类 ListNode 是一个通用类型，它可以被实例化为不同的数据类型。加上 是为了告诉编译器 _next 是一个指向相同类型的 ListNode 实例的指针。

这里，ListNode 是一个模板类，它可以用任何类型的 T 来实例化。例如，你可以有一个 ListNode 用于整数类型，或者一个 ListNode 用于浮点数类型。

ListNode* intNode;

ListNode* doubleNode;

在模板类的内部，也需要指定具体类型。例如，当定义 _next 指针时，需要明确它指向的是哪种类型的 ListNode，因此使用 ListNode*。如果不加 ，编译器将不知道 _next 是指向哪个具体实例化类型的 ListNode。比如：

cpp 复制代码 
ListNode<int> node;
node._next = new ListNode<int>(5);  // 正确，_next 是指向 ListNode<int> 的指针
ListNode<double> dnode;
dnode._next = new ListNode<double>(3.14);  // 正确，_next 是指向 ListNode<double> 的指针

结构体（struct）？？？

是一种自定义数据类型，用于将多个相关的变量组合在一起。结构体可以包含基本数据类型、指针、引用、其他结构体、类等成员。与类（class）的主要区别在于结构体的默认访问控制是公有的（public），而类的默认访问控制是私有的（private）。

带有构造函数的结构体：结构体可以包含构造函数，用于初始化成员变量。函数名就是结构体名

3.__list_iterator 结构体模板

迭代器有两种实现方式，根据容器底层的数据结构进行选择：

  1. 原生指针 ：例如，vector和string的底层是连续的物理内存空间。
    • vector和string的迭代器实际上是原生指针，因为它们的数据存储在连续的内存空间中。通过指针的自增、自减以及解引用操作，我们可以对相应位置的数据进行操作。
  2. 封装指针 ：对于不连续的存储结构，需要将原生指针封装成迭代器类。
    • 由于迭代器的使用形式与指针完全相同，因此在自定义迭代器类中必须实现以下功能：
      • 解引用 ：必须重载operator*()。
      • 成员访问 ：必须重载operator->()。
      • 向后移动 ：必须重载operator++()和operator++(int)。
      • 向前移动 （如双向链表）：重载operator--()和operator--(int)。
      • 比较操作 ：需要重载operator==()和operator!=()。

对于list来说，其各个结点在内存中的位置是随机的，并非连续存储。因此，不能通过简单的指针自增、自减和解引用操作对结点进行操作。

迭代器的意义在于，让用户可以不必关心容器的底层实现，通过统一的方式访问容器内的数据。因为list的结点指针不满足迭代器的定义，我们需要对结点指针进行封装，对各种运算符进行重载。

总结：list的迭代器实际上就是对结点指针的封装，通过重载各种运算符，使得结点指针的行为看起来和普通指针一样。例如，对结点指针自增后可以指向下一个结点p = p->next。

①模板参数说明

template<class T, class Ref, class Ptr>
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; // 定义迭代器类型的别名

__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。通过不同的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。

  • 对于普通迭代器，Ref 是 T& ，所以 operator*() 返回节点数据的引用，允许修改数据。
  • 对于常量迭代器，Ref 是 const T& ，所以 operator*() 返回节点数据的常量引用，不允许修改数据。
  • 对于普通迭代器，Ptr 是 T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的指针，允许通过指针修改数据。
  • 对于常量迭代器，Ptr 是 const T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的常量指针，不允许通过指针修改数据。

②构造函数

cpp 复制代码 
//构造函数，接受一个节点指针
__list_iterator(Node* x)
	:_node(x)
{}

__list_iterator 的构造函数接受一个指向 ListNode 的指针 x，然后将 _node 成员变量初始化为 x。因此，每个 __list_iterator 对象都包含一个指向 ListNode 的指针 _node。

另外：构造函数的名字必须与类的名字完全相同，不能使用类型的别名代替构造函数的名字。 上面self(Node* x) 是错的

③迭代器类：拷贝构造、赋值操作、析构函数的说明

  1. 拷贝构造函数、赋值操作符和析构函数的必要性
    在迭代器类中，拷贝构造函数、赋值操作符和析构函数的实现通常取决于迭代器的成员变量类型。如果迭代器的成员变量是指针（或者其他内置类型），且不需要进行复杂的资源管理，通常可以依赖编译器自动生成的默认版本。
  • 拷贝构造函数：拷贝构造函数的作用是创建一个新的迭代器对象，该对象是另一个迭代器对象的副本。在迭代器中，成员变量是指针（内置类型），默认生成的拷贝构造函数将进行浅拷贝（即直接复制指针的值）。这种浅拷贝在大多数情况下足够，因为迭代器通常只是指向某个容器内的结点，不管理结点的生命周期。
  • 赋值操作符：赋值操作符用于将一个迭代器对象的值赋给另一个迭代器对象。由于迭代器的成员变量是指针，默认生成的赋值操作符也会进行浅拷贝，这样的行为是合适的。
  • 析构函数 ：析构函数负责清理对象使用的资源。由于迭代器只负责访问和修改链表的结点，而结点的内存管理是由链表（list）负责的，因此迭代器本身不需要释放这些结点的内存。链表的析构函数会处理结点的释放。因此，迭代器的析构函数可以留给编译器自动生成的默认版本。
  1. 拷贝构造函数的应用示例
cpp 复制代码 
list<int>::iterator it = lt.begin();

这里的it是通过拷贝构造函数创建的。lt.begin()返回一个迭代器对象，这个迭代器对象指向链表的第一个结点。it通过拷贝构造函数从lt.begin()初始化。因为迭代器内部包含的只是指针（浅拷贝足够），所以默认的拷贝构造函数是适用的。

  1. 注意点
  • 链表的结点与迭代器的关系：迭代器仅用于访问和修改链表的结点，不负责管理结点的内存。链表的析构函数会负责释放结点的内存。
  • return *this与 return this：
    • return *this：返回当前对象的克隆（值），通常用于返回迭代器对象的副本。
    • return this：返回当前对象的地址（指针），用于返回当前迭代器对象的指针。这在需要直接操作对象地址时使用。
  1. **类型别名 **self
cpp 复制代码 
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;

在迭代器类中，我们可能会定义self类型别名，以便在代码中更简洁地引用当前迭代器的类型。self代表了当前迭代器类的自身类型，这样可以使代码更加清晰和易于维护。

④++运算符和--运算符

前置++

cpp 复制代码 
		// 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
		//++it
		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

为什么返回引用？

这里的前置++运算符重载返回的是一个引用，即 self & 。它的作用是使迭代器向前移动到下一个节点，并返回移动后的迭代器对象自身。这种形式的重载通常在使用时会直接对迭代器进行修改，并返回修改后的对象的引用，以便支持链式操作。

前置++运算符不需要任何参数，只需将迭代器移动到下一个位置并返回自身的引用即可。具体来说，它会将迭代器所指向的节点指针 _node 移动到下一个节点 _next，然后返回当前对象自身的引用 (*this)。

后置++

cpp 复制代码 
//后置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点，并返回之前的迭代器
//it++
self operator++(int)
{
	// 1. 创建一个名为 tmp 的临时迭代器对象，它通过调用 __list_iterator 的拷贝构造函数，用当前迭代器 *this 进行初始化。
	self tmp(*this);// 创建一个临时迭代器对象，保存当前迭代器的状态
	// 2. 将当前迭代器移动到下一个节点
	_node = _node->_next;
	// 3. 返回之前的迭代器状态
	return *this;
}

后置++为什么有(int)？？？

后置++运算符重载接受一个额外的 int 参数（这里没有实际使用它，只是为了区分前置和后置++），并返回一个值而不是引用。

C++中的后置++运算符必须在参数列表中声明一个int类型的参数，以便与前置++运算符进行区分。这种参数实际上并没有用处，只是为了在编译器中区分前置和后置++运算符的不同。没有参数的后置++运算符将会与前置++运算符具有相同的参数列表，这会导致编译器无法正确区分它们，从而导致编译错误。

前置--

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

后置--

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

⑤==和!=

cpp 复制代码 
bool operator!=(const self& s)
{//_node 是指向当前节点的指针，比较 _node 和 s._node 是否相等，如果不相等返回 true，否则返回 false。
	return _node != s._node;
}

bool operator ==(const self& s)
{//s是另一个迭代器对象,
	return _node == s._node;
}

⑥*运算符

cpp 复制代码 
		//这个重载函数的目的是允许通过迭代器访问当前节点的数据。
		//Ref：表示解引用运算符返回的类型。
		//
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
//是指向当前节点存储数据的成员变量 _data。通过返回 _data 的引用，允许用户通过
//迭代器解引用（使用 *it）来访问和修改节点中存储的数据。
		}

⑦->运算符

cpp 复制代码 
		//Ptr：表示指针访问运算符返回的类型。
		//返回节点数据的地址
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

应用：

cpp 复制代码 
class Date
{
public:
	Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	mylist::list<Date> lt;
	Date d1(2023, 10, 11);
	Date d2(2024, 6, 13);
	lt.push_back(d1);
	lt.push_back(d2);
	auto it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		//cout << (*it)._year <<" "<<(*it)._month<< " "<< (*it)._day<<endl;
        
		cout << it->_year << " " << it->_month << " " << it->_day << endl;
		it++;
	}
}
  • `(*it)：

it 是一个迭代器，*it 使用解引用运算符 * 来获取迭代器所指向的 Date 对象。(*it) 是一个 Date 对象的引用。

  • (*it)._year、(*it)._month 、(*it)._day：

通过 (*it) 获取的 Date 对象，可以访问其成员变量 _year、_month 和 _day。这三部分分别获取 Date 对象的年、月和日。

也可以用->直接访问成员

C++ 编译器在处理 it-> (相当于it.operator->())这个表达式时，会进行以下操作：

  1. 首先 ，it-> 调用 operator->() 方法。这个方法返回一个 Date 对象的指针（Date*）。
  2. 其次 ，返回的 Date* 指针用于访问 Date 对象的成员，比如 it->_year。

为了使代码更加简洁和可读，C++ 编译器允许我们直接使用 it-> 来访问数据成员，而无需显式地进行两次箭头运算。这个处理方式避免了冗余的箭头操作，使得代码更为直观。

4.list结构体模板

①默认成员函数

  • 构造函数1. 默认构造函数

先构造一个头结点，然后让_next和_prev都指向自己就行了

cpp 复制代码 
    //	这个以后会经常用到
    void empty_init()
		{
		//用于创建一个新的链表节点对象，并将 _head 指针指向这个新创建的节点。
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		//构造函数
		list()
		{
			empty_init();
		}
  • 构造函数2. 用n个相同的值初始化
cpp 复制代码 
		list(size_t n, const T& val = T())
		{
			empty_init();
			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}
  • 构造函数3.迭代器区间初始化
cpp 复制代码 
//使用迭代器区间初始化
template<class InputIterator>//取名为InputIterator说明可以用任意类型的迭代器构造
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
    empty_init();
    while (first != last)
    {
        push_back(*first);//复用push_back
        first++;
    }
}
cpp 复制代码 
template<class InputIterator>
  • 目的 : 声明一个模板函数，允许使用任意类型的迭代器来初始化 list 对象。
  • 解释 : InputIterator 是一个模板参数，表示输入迭代器类型。这样，构造函数可以接受各种支持迭代器接口的类型（如指针、标准库中的迭代器等）。
cpp 复制代码 
list(InputIterator first, InputIterator last)
  • 目的 : 定义一个构造函数，该构造函数接收两个迭代器 first 和 last，表示一个迭代器区间。
  • 解释 : 这两个迭代器标识了区间的起始位置 first 和结束位置 last。构造函数会从 first 开始，直到 last 之前的位置，依次将区间内的元素插入到 list 中。

构造函数2. 用n个相同的值初始化 和 构造函数3.迭代器区间初始化 在某些情况下可能会发生冲突

cpp 复制代码 
void test_list()
{
    mylist::list<int> lt(6,3);
    for(auto e:lt)
    {
            cout<<e<<" "; 
    }
    cout<<endl;
}

当你写下如下代码：
mylist::list<int> lt(6,3);

你希望使用的是构造函数2，即创建一个包含 6个值 3 的 list。但是，由于 6 和 3 也可以被视为两个迭代器，编译器可能会错误地选择构造函数3（迭代器区间初始化），因为两个整数也可以被视为迭代器范围。此时会导致编译错误或者运行时错误。

为了避免这种冲突，可以为用 n 个相同的值初始化的构造函数增加一个额外的参数（比如 int 类型的参数），使其更加明确。修改后的构造函数如下：

cpp 复制代码 
list(int n, const T& val = T())
{
    empty_init();
    for (size_t i = 0; i < n; i++)
        {
            push_back(val);
        }
}
  • 构造函数4.初始化列表初始化

方法1：迭代器遍历插入

手动遍历初始化列表，通过迭代器逐个插入元素到列表中。实现简单，易于理解，但略显冗长。

cpp 复制代码 
list(initializer_list<T> ilt)
{
//使用初始化列表的迭代器进行遍历，从头到尾一个一个元素地插入到列表中。
//push_back 函数会将元素添加到列表的末尾。
    empty_init();
    initializer_list<T>::iterator it = ilt.begin();
    while(it != ilt.end())
    {
        push_back(*it); // 复用 push_back 函数
        it++;
    }
}

initializer_list<T> 是 C++11 引入的一种标准库类型，用于支持初始化列表语法。它使得可以用花括号括起来的逗号分隔列表来初始化对象，如数组、容器或其他类。

initializer_list<T> 的概念
initializer_list<T> 是一个模板类，允许你传递一个类型为 T 的常量数组，并通过迭代器遍历该数组的元素。它主要用于让类或函数能够接受一个花括号包围的元素列表。

使用 initializer_list<T>

方法2：范围 for 循环 ：

使用范围 for 循环遍历初始化列表并插入元素。语法更加简洁，易读性更高。

cpp 复制代码 
list(initializer_list<T> ilt)
{
    empty_init();
    for (auto& e : ilt)
    {
        push_back(e);
    }
//使用范围 for 循环遍历初始化列表中的所有元素，
//并使用 push_back 函数将每个元素添加到列表的末尾。这种方式比迭代器遍历更加简洁和易读。
}

方法3：现代写法 ：

利用迭代器初始化的构造函数和 std::swap 进行优化。代码简洁高效，但需要对临时对象和 std::swap 的用法有所了解。

cpp 复制代码 
list(initializer_list<T> ilt)
{
    empty_init();
    list<T> tmp(ilt.begin(), ilt.end()); // 复用迭代器初始化的函数，构造出临时对象
    std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位节点指针
}

利用已有的迭代器区间初始化的构造函数，创建一个临时 list 对象 tmp。这个临时对象 tmp 会包含初始化列表中的所有元素。

交换当前对象的哨兵节点和临时对象 tmp 的哨兵节点。通过这种交换，当前对象的 list 就会包含初始化列表中的所有元素，而 tmp 的哨兵节点会变为空列表的哨兵节点。当 tmp 被销毁时，它的哨兵节点将指向空列表，从而避免访问非法内存。

  • 拷贝构造函数

传统写法：

cpp 复制代码 
//l1(l2);
//拷贝构造(深拷贝)   一个节点一个节点的拷贝
list(list<T>& lt)
{
	empty_init();
	for (const auto& e : lt)
	{
		push_back(e);
	}
}
//深拷贝的关键步骤：
//节点复制：
//每次调用 push_back(e) 时，都创建一个新的 ListNode 对象，
//并将 e 的值复制到新节点的 data 成员中。

现代写法：

cpp 复制代码 
// 拷贝构造 - 现代写法
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt) {
    empty_init();
    list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); // 迭代器区间构造
    std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位指针
}

解释：
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); 这行代码使用迭代器区间 [lt.begin(), lt.end()) 来构造一个临时的 list 对象 tmp。这个临时对象包含了 lt 中的所有元素。
std::swap(_head,tmp._head);这行代码使用 std::swap 函数交换当前对象的哨兵节点 _head 和临时对象 tmp 的哨兵节点 tmp._head。

  • std::swap 交换两个指针的值，这意味着现在 tmp._head 指向了新创建的哨兵节点，而当前对象的 _head 指向了包含 lt 元素的节点链表。

  • 这一步是关键，因为这样一来，当前对象就获得了 tmp 中的所有元素，而临时对象 tmp 在出作用域时会被销毁，其原来的哨兵节点会被释放。

  • 赋值运算符重载函数

cpp 复制代码 
//l1=l2
list<T> operator=(list<T>& lt)
{
    if(this!=&lt)
    {
        clear();
        for(const auto&e :lt)
        {
            push_back(e);
        }
    }
}

为什么返回类型是 list &的引用？？？

  • 链式调用
返回对当前对象的引用（* this），可以实现链式调用。链式调用允许多个赋值操作连在一起写。例如：

  	list<int> lt1;
  	list<int> lt2;
  	list<int> lt3;
  	lt1 = lt2 = lt3;

在上面的代码中，lt2 = lt3 返回的是 lt2 的引用，接着 lt1 = lt2 也可以正常工作。这种方式使得代码更简洁和直观。

  • 提高代码效率
返回引用避免了不必要的对象拷贝。在赋值运算符函数中，返回 * this 的引用，而不是返回一个新的对象，可以减少对象拷贝，提升代码的性能和效率。
  • 符合 C++ 的惯例

在 C++ 中，赋值运算符通常返回左值引用，以符合语言习惯和标准库的设计。这样做使得自定义类型的行为与内置类型一致，从而提高代码的可读性和可维护性。

现代写法

同样也是用swap

cpp 复制代码 
		void swap(list<T>& tmp)
		{
			std::swap(_head, tmp._head);
		}
		list<T> operator=(list<T> lt)//不能用引用
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}
为什么不能传引用？

当我们使用传值时，函数参数 lt 会在函数调用时被复制。这个复制操作会创建一个临时对象（拷贝副本），该对象在函数体内可以安全地操作。传值的好处是：

  1. 异常安全性：如果在复制对象时发生异常，原对象不会受到影响，因为赋值操作还没有进行。
  2. 自我赋值 ：通过传值，我们不需要额外检查自我赋值（如 a = a），因为我们在函数体内操作的是拷贝副本。
  3. 简洁的实现 ：传值和使用 swap 技术相结合，使得赋值运算符的实现非常简洁明了。

如果我们传引用，可能会引发一些问题，比如：

  • 异常安全性：传引用时，如果在赋值过程中发生异常，原对象的状态可能会变得不一致或部分修改。
  • 自我赋值检测：需要额外的代码来检测和处理自我赋值的情况。
  • 析构函数
cpp 复制代码 
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
		//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
			{
				it = erase(it);//erase 会返回被删除节点的下一个节点
			}
		}//erase 会有迭代器失效问题



		//析构函数
		//注意析构需要把带哨兵位的头结点也要去掉.和清空不一样
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

②迭代器

cpp 复制代码 
		iterator begin()
		{
			//return iterator(_head->_next);  下面这个也可以，因为可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数？？？
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		//对于带头节点的双向循环链表，_head 节点实际上是链表的"尾部"。
        //因为链表的最后一个有效节点的下一个节点是 _head，所以返回 _head 可以表示链表的末尾位置。
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}

return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些情况下可以看起来是一样的，但它们的行为是不同的，具体取决于上下文和类型的隐式转换。

/*return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些情况下可以看起来是一样的，但它们的行为是不同的，具体取决于上下文和类型的隐式转换。

  1. return _head->_next
    假设 _head->_next 是一个 Node * 类型的指针。如果 iterator 类型的构造函数接受 Node * 类型的参数，并且在返回时能够自动转换，那么 return _head->_next 可以看起来像是在返回一个 iterator 对象。实际上，如果 iterator 的构造函数接受 Node * ，_head->_next 会通过这个构造函数隐式地转换为 iterator 类型。
  2. return iterator(_head->_next)
    这是一个显式的构造函数调用，它直接创建一个 iterator 对象，使用 Node * 参数 _head->_next 来初始化它。这里明确地调用了 iterator 的构造函数来创建一个新的 iterator 实例。

③增删查改

cpp 复制代码 
//获取第一个数据的内容
        T& front()
        {
            return *begin();//返回第一个数据的引用
        }
        const T& front() const
        {
        	return *begin(); //返回第一个数据的const引用
        }
//获取最后一个数据的内容
        T& back()
        {
        return *(--end());//返回尾结点数据的引用
        }
        const T& back() const
        {
    	return *(--end()); //返回最后一个有效数据的const引用
        }

//头删
        void pop_front()
		{
			//erase(_head->_next);
			erase(begin());
        }
//尾删
        void pop_back()
		{
			//erase(_head->_prev);
			erase(--end());
		}
		//为何用--end()？？？
			//end() 函数：
			//	end() 函数返回的是指向链表结尾的迭代器，通常是指向哨兵节点（尾后节点）的迭代器。
			//--end() 操作：
			//	end() 返回的迭代器通常指向链表的尾后位置，即哨兵节点的位置。--end() 操作将这个迭代器前移一个位置，
            //  指向链表中最后一个实际节点的位置。

//头插
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}
//尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			//insert(end(), x);  //复用insert的版本

			//画图看就比较清晰了
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev; //head的前一个节点是尾节点，下一个节点是头结点

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			newnode->_next = _head;
			_head->_prev = newnode;
		}

//在pos位置插入数据
		// vector insert会导致迭代器失效
		// list会不会？不会
		iterator insert(iterator pos, const T& x)//返回：  可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数
			//push_back 就可以复用insert了
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);

			// head------>prev---->cur--->node1--->node2   向右是next 向左是prev
			//                newnode
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			//return interator(newnode); 也可以 ，为什么？？？
			return newnode;
		}

//删除pos位置的数据
		iterator erase(iterator pos)
		{
			Node* cur = pos._node;
		//. 用于对象，而 -> 用于指针。
		//pos 是一个迭代器对象，它不是指针。因此我们使用 . 操作符来访问迭代器对象的成员变量 _node。
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			return next;
		}

④其他操作

size:获取有效数据的个数

cpp 复制代码 
//长度
size_t size()
{
    //遍历统计
    size_t sz = 0;
    iterator it = begin();
    while (it != end())
    {
        ++sz;
        ++it;
    }
    return sz;
}

clear：清空链表内容

cpp 复制代码 
		void clear() {
			// 检查链表是否为空，如果为空则直接返回
			if (begin() == end()) {
				return;
			}
			//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
			iterator it = begin();
			while (it != end()) {
				// 调用 erase 方法并将 it 更新为被删除节点的下一个节点
				it = erase(it);
				//erase 会返回被删除节点的下一个节点
			}

			// 哨兵节点重新指向自己，确保后续插入操作不会出错
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;
		}

empty:判断链表是否为空

cpp 复制代码 
bool empty() const
{
    return begin()==end();
}

swap

swap函数用于交换两个list,list容器当中的成员变量只有指向哨兵位结点的指针,我们将这两个容器当中的哨兵位指针交换即可,

cpp 复制代码 
void swap(list<T>& lt)
{
    ::swap(_head, lt._head);//直接交换两个容器的哨兵位即可,此处用的是全局域std命名空间里面的swap函数
}

resize

cpp 复制代码 
		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			// 新大小大于当前大小，添加新节点
			if (n > size())
			{
				for (size_t i = size(); i < n; i++)
				{
					push_back(val);
				}
			}
			// 新大小小于当前大小，删除多余的节点
			else if (n < size())
			{
				iterator it = begin();
				size_t pos = 0;
				// 遍历到需要删除的位置
				while (pos < n && it != end())
				{
					++it;
					++pos;
				}
				// 从当前位置删除到链表末尾
				while (it != end())
				{
					it = erase(it);
				}
			}
		}

5.完整代码展示以及详细注释

cpp 复制代码 
#pragma once
#include<assert.h>
//这节 简单讲了一下使用，然后大部分是模拟实现。
//1. 有个地方要有合适的 构造函数
//2.迭代器如何实现+1 如何自动跳到下一个节点的？



//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------以下部分为便于理解整体逻辑框架结构而写的
//分为以下几大部分：
//节点结构体模板、__list_iterator 结构体模板、list结构体模板（由一个个节点组成）、测试函数。
//
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------以下部分为便于理解整体逻辑框架结构而写的
//分为以下几大部分：
//	节点结构体模板
//	__list_iterator 结构体模板
//	list结构体模板（由一个个节点组成）
//	测试函数
//首先，我们定义了一个节点结构体模板 ListNode，它包含：
//
//	ListNode* 类型的 _next 和 _prev 指针，分别指向前后节点。
//	T 类型的 _data，存放节点的数据。
//	ListNode 的构造函数初始化这些成员。
//然后，我们定义了一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器。这个迭代器包含：
//
//	一个指向当前节点的指针 _node。
//	构造函数、前置和后置 ++、-- 运算符重载、解引用运算符、相等和不相等比较运算符等操作。
//为了简化代码，__list_iterator 使用了两个 typedef：
//	将 ListNode<T> 重命名为 Node。
//	将 __list_iterator<T, Ref, Ptr> 重命名为 self。
//接下来，我们实现了 list 结构体模板。它包含一个带哨兵位的头结点 _head，类型为 Node* 。通过这个头结点以及迭代器指向的各个节点，形成一个带头的双向循环链表。
//
//在 list 中，我们将 __list_iterator<T, T&, T*> 重命名为 iterator，将 __list_iterator<T, const T&, const T*> 重命名为 const_iterator，
//一种是普通迭代器，一种是常量迭代器，以便用户更方便地使用迭代器。
//
//通过这些定义，我们实现了一个功能完整的双向循环链表，并且提供了迭代器接口，使得用户可以方便地遍历和操作链表中的元素。
//
//这个结构通过 ListNode 实现了双向节点连接，通过 __list_iterator 实现了链表的遍历和操作接口，并通过 list 结构体模板实现了整体的双向循环链表功能。测试函数用于验证各部分的功能和接口是否正常运行。
//















// 声明一个命名空间 mylist
namespace mylist
{

	// 定义一个模板结构体 ListNode，表示链表的节点
	template<class T>//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。这样做的原因是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T
	struct ListNode
	{
		
		// 构造函数，使用默认参数 T() 初始化 _data，并将 _next 和 _prev 初始化为 nullptr
		ListNode(const T& x = T())
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)  //记得加上 ,
			, _data(x)
		{}
		ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针
		ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针
		T _data;		   // 节点存储的数据

	};
	//ListNode(const T& x = T())  必须加上 =T()  !!!
		//默认参数的提供：
		//	构造函数中的 = T() 表示如果调用者在创建 ListNode 对象时没有提供参数 x，则会使用 T() 这个默认值来初始化 _data 成员变量。
		//	灵活性：
		//	这种构造函数提供了更大的灵活性。如果调用者提供了参数 x，则会使用提供的值来初始化节点的 _data 成员；如果没有提供参数 x，则会使用 T() 的默认构造函数生成一个默认值来初始化 _data。
		//	适用性：
		//	对于链表节点来说，可能存在需要默认构造的情况，例如默认构造一个空节点或者默认值为特定类型的情况。通过提供默认参数，可以简化在某些场景下节点的创建。


	//结构体（struct）？？？
	//	是一种自定义数据类型，用于将多个相关的变量组合在一起。结构体可以包含基本数据类型、指针、引用、其他结构体、类等成员。与类（class）的主要区别在于结构体的默认访问控制是公有的（public），
	//	而类的默认访问控制是私有的（private）。
	//带有构造函数的结构体：
	//	结构体可以包含构造函数，用于初始化成员变量。函数名就是结构体名

	//为什么ListNode<T>* _prev; 要加<T>???
	//	模板类 ListNode 是一个通用类型，它可以被实例化为不同的数据类型。加上 <T> 是为了告诉编译器 _next 是一个指向相同类型的 ListNode 实例的指针。
	//	这里，ListNode 是一个模板类，它可以用任何类型的 T 来实例化。例如，你可以有一个 ListNode<int> 用于整数类型，或者一个 ListNode<double> 用于浮点数类型。
	//	ListNode<int>* intNode;
	//	ListNode<double>* doubleNode;
	//在模板类的内部，也需要指定具体类型。例如，当定义 _next 指针时，需要明确它指向的是哪种类型的 ListNode，因此使用 ListNode<T>*。如果不加 <T>，编译器将不知道 _next 是指向哪个具体实例化类型的 ListNode。
	//	比如：
	//	ListNode<int> node;
	//	node._next = new ListNode<int>(5);  // 正确，_next 是指向 ListNode<int> 的指针

	//	ListNode<double> dnode;
	//	dnode._next = new ListNode<double>(3.14);  // 正确，_next 是指向 ListNode<double> 的指针





	//定义一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器
	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct __list_iterator
	{	
		typedef ListNode<T> Node;					// 定义节点类型的别名
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;  // 定义迭代器类型的别名
		//__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。通过不同的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。
		
		Node* _node;					 // 指向链表节点的指针

		//构造函数，接受一个节点指针
		__list_iterator(Node* x)
			:_node(x)
		{}
		//__list_iterator 的构造函数接受一个指向 ListNode<T> 的指针 x，然后将 _node 成员变量初始化为 x。因此，每个 __list_iterator<T> 对象都包含一个指向 ListNode<T> 的指针 _node。
		//另外：构造函数的名字必须与类的名字完全相同，不能使用类型的别名代替构造函数的名字。 上面self(Node* x)  是错的




		// 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
		//++it
		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		//为什么返回引用
		//这里的前置++运算符重载返回的是一个引用，即 self & 。它的作用是使迭代器向前移动到下一个节点，并返回移动后的迭代器对象自身。这种形式的重载通常在使用时会直接对迭代器进行修改，并返回修改后的对象的引用，以便支持链式操作。

		//前置++运算符不需要任何参数，只需将迭代器移动到下一个位置并返回自身的引用即可。具体来说，它会将迭代器所指向的节点指针 _node 移动到下一个节点 _next，然后返回当前对象自身的引用 (*this)。

		//后置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点，并返回之前的迭代器
		//it++
		self operator++(int)
		{
			// 1. 创建一个名为 tmp 的临时迭代器对象，它通过调用 __list_iterator 的拷贝构造函数，用当前迭代器 *this 进行初始化。
			self tmp(*this);// 创建一个临时迭代器对象，保存当前迭代器的状态
			// 2. 将当前迭代器移动到下一个节点
			_node = _node->_next;
			// 3. 返回之前的迭代器状态
			return *this;
		}
		//后置++为什么有(int)？？？
		//后置++运算符重载接受一个额外的 int 参数（这里没有实际使用它，只是为了区分前置和后置++），并返回一个值而不是引用。
		//C++中的后置++运算符必须在参数列表中声明一个int类型的参数，以便与前置++运算符进行区分。这种参数实际上并没有用处，只是为了在编译器中区分前置和后置++运算符的不同。没有参数的后置++运算符将会与前置++运算符具有相同的参数列表，这会导致编译器无法正确区分它们，从而导致编译错误。
	
		
		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		//这个重载函数的目的是允许通过迭代器访问当前节点的数据。
		//Ref：表示解引用运算符返回的类型。
		//
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;//是指向当前节点存储数据的成员变量 _data。通过返回 _data 的引用，允许用户通过迭代器解引用（使用 *it）来访问和修改节点中存储的数据。
		}

		//有点难理解
		//Ptr：表示指针访问运算符返回的类型。
		//返回节点数据的地址
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		//上面俩的解释：
				//对于普通迭代器，Ref 是 T& ，所以 operator*() 返回节点数据的引用，允许修改数据。
				//对于常量迭代器，Ref 是 const T& ，所以 operator*() 返回节点数据的常量引用，不允许修改数据。

				//对于普通迭代器，Ptr 是 T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的指针，允许通过指针修改数据。
				//对于常量迭代器，Ptr 是 const T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的常量指针，不允许通过指针修改数据。




		bool operator!=(const self& s)
		{//_node 是指向当前节点的指针，比较 _node 和 s._node 是否相等，如果不相等返回 true，否则返回 false。
			return _node != s._node;
		}

		bool operator ==(const self& s)
		{//s是另一个迭代器对象,
			return _node == s._node;
		}


		//迭代器为什么不提供析构函数
	};

	template<class T>
	class list
	{
		
	public:
		typedef ListNode<T> Node;
		/*typedef __list_iterator<T> iterator;*/
		typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;                     //定义普通迭代器
		typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;   //定义常量迭代器
		//这样，iterator 和 const_iterator 都使用同一个 __list_iterator 结构体模板，只是通过不同的模板参数实例化，分别实现普通迭代器和常量迭代器的功能。
		//第一个 三个参数 T,Ref，Ptr分别就是，T,T&,T*.   
		//第二个 三个参数 T,Ref，Ptr分别就是  T,const T&,const T*

		// 反向迭代器
		//typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator;
		//typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;


		//访问
		iterator begin()
		{
			//return iterator(_head->_next);  下面这个也可以，因为可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数？？？
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		//对于带头节点的双向循环链表，_head 节点实际上是链表的"尾部"。因为链表的最后一个有效节点的下一个节点是 _head，所以返回 _head 可以表示链表的末尾位置。
		}
		
		/*return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些情况下可以看起来是一样的，但它们的行为是不同的，具体取决于上下文和类型的隐式转换。

		1. return _head->_next
		假设 _head->_next 是一个 Node * 类型的指针。如果 iterator 类型的构造函数接受 Node * 类型的参数，并且在返回时能够自动转换，那么 return _head->_next 可以看起来像是在返回一个 iterator 对象。实际上，如果 iterator 的构造函数接受 Node * ，_head->_next 会通过这个构造函数隐式地转换为 iterator 类型。

		2. return iterator(_head->_next)
		这是一个显式的构造函数调用，它直接创建一个 iterator 对象，使用 Node * 参数 _head->_next 来初始化它。这里明确地调用了 iterator 的构造函数来创建一个新的 iterator 实例。*/


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

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}

		void empty_init()
		{
		//用于创建一个新的链表节点对象，并将 _head 指针指向这个新创建的节点。
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		//构造函数
		list()
		{
			empty_init();
		}

		list(size_t n, const T& val = T())
		{
			empty_init();
			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}
		list(int n, const T& val = T())
		{
			empty_init();
			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		template<class InputIterator>
		list(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			empty_init();
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				first++;
			}
		}

		list(initializer_list<T> ilt)
		{
			//使用初始化列表的迭代器进行遍历，从头到尾一个一个元素地插入到列表中。
			//push_back 函数会将元素添加到列表的末尾。
			empty_init();
			initializer_list<T>::iterator it = ilt.begin();
			while (it != ilt.end())
			{
				push_back(*it); // 复用 push_back 函数
				it++;
			}
		}
		list(initializer_list<T> ilt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : ilt)
			{
				push_back(e);
			}
			//使用范围 for 循环遍历初始化列表中的所有元素，
			//并使用 push_back 函数将每个元素添加到列表的末尾。这种方式比迭代器遍历更加简洁和易读。
		}

		list(initializer_list<T> ilt)
		{
			empty_init();
			list<T> tmp(ilt.begin(), ilt.end()); // 复用迭代器初始化的函数，构造出临时对象
			std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位节点指针
		}







		//拷贝构造(深拷贝)   一个节点一个节点的拷贝
		list(list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (const auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		//深拷贝的关键步骤：
		//	节点复制：
		//每次调用 push_back(e) 时，都创建一个新的 ListNode 对象，并将 e 的值复制到新节点的 data 成员中。


		// 拷贝构造 - 现代写法
		// lt2(lt1)
		//list(const list<T>& lt) {
		//	empty_init();
		//	list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); // 迭代器区间构造
		//	std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位指针
		//}



		// 拷贝构造函数，接受一个常量引用链表对象作为参数
		//list(const list<T>& lt)
		//{
		//	// 初始化新链表为空链表
		//	empty_init();

		//	// 获取给定链表的第一个节点的迭代器
		//	const_iterator it = lt.begin();

		//	// 遍历给定链表的所有节点
		//	while (it != lt.end())
		//	{
		//		// 将节点的数据插入到新链表的末尾
		//		//这里的end和lt.end()不一样
		//		insert(end(), *it);
		//		// 移动到下一个节点
		//		++it;
		//	}
		//}

		//list(list<T>& lt) 是一个非常规的构造函数，接受一个非常量引用的链表对象。这样可以在需要对传入的链表进行修改的情况下使用。
		//list(const list<T>& lt) 是一个标准的拷贝构造函数，接受一个常量引用的链表对象。这样可以确保不会对传入的链表进行修改。


		//赋值运算符（普通写法）
		// lt1=lt2
		list <T>& operator =(list<T>& lt)
		{
			if (this != &lt)
			{
				clear();//先让lt1清空
				for (const auto& e : lt) //再让lt2的数据尾插到lt1中
				{
					push_back(e);
				}
			}
		}
//为什么返回类型是 list <T>&的引用？？？
//		链式调用
//			返回对当前对象的引用（* this），可以实现链式调用。链式调用允许多个赋值操作连在一起写。例如：
//			list<int> lt1;
//			list<int> lt2;
//			list<int> lt3;
//			lt1 = lt2 = lt3;
//			在上面的代码中，lt2 = lt3 返回的是 lt2 的引用，接着 lt1 = lt2 也可以正常工作。这种方式使得代码更简洁和直观。
//		提高代码效率
//			返回引用避免了不必要的对象拷贝。在赋值运算符函数中，返回 * this 的引用，而不是返回一个新的对象，可以减少对象拷贝，提升代码的性能和效率。
//		符合 C++ 的惯例
//			在 C++ 中，赋值运算符通常返回左值引用，以符合语言习惯和标准库的设计。这样做使得自定义类型的行为与内置类型一致，从而提高代码的可读性和可维护性。

		//赋值运算符（现代写法）
		//list& operator=(list lt)   // （也可以不写模板参数）也可以这样写，但仅限在类里面， 类型的时候就不行

		void swap(list<T>& tmp)
		{
			std::swap(_head, tmp._head);
		}
		list<T> operator=(list<T> lt)//不能用引用
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}





		void clear() {
			// 检查链表是否为空，如果为空则直接返回
			if (begin() == end()) {
				return;
			}
			//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
			iterator it = begin();
			while (it != end()) {
				// 调用 erase 方法并将 it 更新为被删除节点的下一个节点
				it = erase(it);
				//erase 会返回被删除节点的下一个节点
			}

			// 哨兵节点重新指向自己，确保后续插入操作不会出错
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;
		}

		
		
		
		
		//erase 会有迭代器失效问题



		//析构函数
		//注意析构需要把带哨兵位的头结点也要去掉.和清空不一样
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}


		void pop_front()
		{
			//erase(_head->_next);
			erase(begin());
		}
		void pop_back()
		{
			//erase(_head->_prev);
			erase(--end());
		}
		//为何用--end()？？？
				//end() 函数：
				//	end() 函数返回的是指向链表结尾的迭代器，通常是指向哨兵节点（尾后节点）的迭代器。
				//--end() 操作：
				//	end() 返回的迭代器通常指向链表的尾后位置，即哨兵节点的位置。--end() 操作将这个迭代器前移一个位置，指向链表中最后一个实际节点的位置。

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

		void push_back(const T& x)
		{
			//insert(end(), x);  //复用insert的版本

			//画图看就比较清晰了
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev; //head的前一个节点是尾节点，下一个节点是头结点

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			newnode->_next = _head;
			_head->_prev = newnode;
		}






		// vector insert会导致迭代器失效
		// list会不会？不会
		iterator insert(iterator pos, const T& x)//返回：  可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数
			//push_back 就可以复用insert了
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);

			// head------>prev---->cur--->node1--->node2   向右是next 向左是prev
			//                newnode
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			//return interator(newnode); 也可以 ，为什么？？？
			return newnode;
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			Node* cur = pos._node;
		//. 用于对象，而 -> 用于指针。
		//pos 是一个迭代器对象，它不是指针。因此我们使用 . 操作符来访问迭代器对象的成员变量 _node。
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			return next;
		}
		//补充
		size_t size()
		{
			//遍历统计
			size_t sz = 0;
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				++sz;
				++it;
			}
			return sz;
		}
		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			// 新大小大于当前大小，添加新节点
			if (n > size())
			{
				for (size_t i = size(); i < n; i++)
				{
					push_back(val);
				}
			}
			// 新大小小于当前大小，删除多余的节点
			else if (n < size())
			{
				iterator it = begin();
				size_t pos = 0;
				// 遍历到需要删除的位置
				while (pos < n && it != end())
				{
					++it;
					++pos;
				}
				// 从当前位置删除到链表末尾
				while (it != end())
				{
					it = erase(it);
				}
			}
		}

	private:
		Node* _head;
		//，__list_iterator 结构体模板内的 typedef 定义了一些别名（alias），这些别名在 list 结构体模板中得以继续使用是因为它们是 __list_iterator 类型的一部分。当 list 使用 __list_iterator 时，这些别名也随之可用
	};



	//这种情况下就需要const迭代器，这是很常见的现象。
	//const迭代器：自己可以修改所以不是const对象（需要it++）
	//指向的内容不能修改
	void print_list(const list<int>& lt)
	{
		list<int>::const_iterator it = lt.begin();
		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();
		while (it != lt.end())
		{
			*it += 3;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

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


	void test_list2()
	{
		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;
		//1 2 3 4

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

		lt.push_front(99);
		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
		//2 3 99

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

	}

	void test_list3()
	{
		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();
		lt.insert(it, 985);
		//插入完后it仍然指向1

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;//985 1 2 3 4


		++it;
		//it指向2,在2前插入211
		lt.insert(it, 211);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;//985 1 211 2 3 4
	}


	void test_list4()
	{
		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();
		it = lt.insert(it, 985);
		//因为it返回的是新插入的节点的迭代器，所以it指向第一个元素985

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;//985 1 2 3 4


		++it;
		//it指向1,在1前插入211
		lt.insert(it, 211);   // it仍然指向1
		//it=lt.insert(it, 211); //it指向211
		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;//985 1 211 2 3 4
	}


	//讲解拷贝构造
	//默认的浅拷贝 会析构两次 出现问题
	void test_list5()
	{
		//list<int> lt;
		//lt.push_back(1);
		//lt.push_back(2);
		//lt.push_back(3);
		//lt.push_back(4);
		list<int> copy(lt);
		//for (auto e : copy)
		//{
		//	cout << e << " ";
		//}
	}


	void test_list6()
	{

	}


}

📜 [ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，

本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

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