C++——list常见函数的使用和模拟实现(1)

容器list的本质就是我们之前模拟实现过的链表中的双向带头循环链表，因此在使用的时候和之前我们实现的链表的功能是类似的。但是作为容器，list相较于我们之前实现的链表增加了迭代器的使用，同时这里的迭代器和之前模拟实现string和vector的迭代器也有所不同。因为string和vector的迭代器都可以用原生的指针来模拟实现，但是list中的每一个结点都是分散的，同时每个结点还要保存上一个结点以及下一个结点的信息，所以用原生的指针来实现不是理想，具体的实现方式会在后面具体提到。

一、构造函数

list作为容器也有多种构造函数，这里我们只对构造一个空的list进行模拟实现，其中只进行使用介绍。

链表中的结点不仅需要存储数据，同时还要记录前后结点的信息，因此我们需要用一个结构体来作为链表的结点。因为我们的list能够存储各种类型的数据，所以这里存储的数据类型要用模版来代替。

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	template<class T>
	struct list_Node
	{
		T _data;
		list_Node* _next;
		list_Node* _prev;
        //T的类型是自定义类型时，T()会调用T类型的构造函数
        //当T是内置类型是，T()会将T初始化为默认值
		list_Node(const T& data = T())
			:_data(data)
			,_next(nullptr)
			,_prev(nullptr)
		{
		}
	};

由于list的本质上是一个双向带头的循环链表是，所以我们只需要记录list的头结点和就能找到这一整个链表了，同时我们还需要记录一下list内部数据的个数方便后续的操作。因为list能够存储的数据类型是不确定的，我们的结点是一个模版类，所以我们的list也要是一个模版类。它的基本结构如下：

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template<class T>
class list
{
    //在后面的操作中我们会经常用到结点的类型，因此我们直接把它typedef成Node方便操作
    typedef list_Node<T> Node;

    Node* _head;
    size_t _size;
}

因为list的本质是一个双向带头的循环链表，所以当构造出一个链表时，它应该要一个用来标记的头结点，不论链表中的是否有数据，或者有多少个数据，我们链表都要满足它的基本结构的特点，所以这个用来标记的头结点也把它指向前后结点的指针都指向自己，这样才满足了条件。

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list()
{
    _head = new Node;
    _head->_next = _head;
    _head->_prev = _head;
    _size = 0;			
}

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//构造一个包含n个值为val的list
list (size_type n, const value_type& val =value_type())

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//用任意迭代器把[first,last)的数据存入一个list中
list (InputIterator first, InputIterator last)

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//list的拷贝构造函数，可以用一个list来构造另外一个list
list (const list& x)

二、list常见的插入和删除

和我们实现的list类似，容器list也分别有三种插入和删除的方式，push_back在链表的尾部插入一个数据，push_front在链表的头部插入一个数据，insert在指定位置前插入一个数据；pop_back删除链表尾部的数据，pop_front删除链表头部的数据，erase删除链表指定位置的数据。

这里先模拟实现在头部和尾部操作数据的函数，在特定位置操作的函数放在实现了迭代器以后再进行模拟实现。

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    void push_back(const T& x)
    {
        //循环链表的首尾相连 头结点的前一个结点就是链表的最后一个数据
        //先保存下插入前尾部数据的信息 方便后续操作
        Node* cur = _head->_prev; 
        Node* newnode = new Node(x);
        //把数据先接到头结点之前的位置 也就是最后一个数据的位置
        _head->_prev = newnode;
        newnode->_next = _head;
        //再把插入前的最后一个数据和新的尾部数据连接起来
        cur->_next= newnode;
        newnode->_prev = cur; 
        ++_size;
    }

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    void push_front(const T& x)
    {
        //保存插入前的头部数据
        Node* cur = _head->next;
        Node* newnode = new Node(x);
        //先把新的数据挂在头结点的后面
        _head->_next = newnode;
        newnode->_prev = _head;
        //再把原先的头部数据接到新的头部数据的后面
        cur->_prev = newnode;
        newnode->_next = cur;
        ++_size;
    }

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    pop_back()
    {
        //保存尾部数据的信息
        Node* cur = _head->_prev;
        //将尾部数据前一个结点中指向下一个结点的指针指向头结点
        //再把头结点指向前一个结点的指针指向尾部数据的前一个结点
        //改变这两个指针的指向就可以删除尾部的数据
        _head->prev = cur->prev;
        cue->prev->next = _head;
        //再释放掉被删除结点申请的空间
        delete cur;
        --_size;
    }

cpp 复制代码

    pop_front()
    {
        //保存原先的头部数据的信息
        Node* cur =_head->_next;
        //把头结点指向下一个结点的指针指向头部数据的下一个节点
        //再把头部数据下一个结点指向前一个结点的指针指向头结点
        //这样原先的头部数据就被踢出链表了
        _head->_next =cur->_next;
        cur->next->prev =_head;
        //释放被删除结点申请的空间
        delete cur;
        --_size;
    }