【C++】模拟实现list

心怀花木2024-09-21 20:37

在上篇中我们已经了解过的list各种接口的功能使用，接下来我们就试着模拟实现一下吧！

**注意：我们在此实现的和C++标准库中实现的有所不同，其目的主要是帮助大家大概理解底层原理。**list的底层结构是带头双向循环链表，是链表就需要有结点，可以单独用一个结构类来存放一个结点的信息，它的大致框架是：

cpp 复制代码 
//写成模板的原因是使其适应结点中数据的各种类型
template<class T>
struct list_node  //结点的结构，在C++中struct也是类，与class的区别是，它的成员默认是公有
{
	T _data;
	list_node<T>* _prev;
	list_node<T>* _next;
    
    //构造函数
    list_node(const T& data = T())
            :_data(data)
            ,_prev(nullptr)
            ,_next(nullptr)     
    {}
    
};

template<class T>
class list
{
	typedef list_node<T> Node;

public:
    //...

private:
	Node* _head;  //指向头节点(哨兵位)
    size_t _size;  //记录容器中结点个数
};

我们本篇以实现为主，不再细讲各个函数功能介绍。

如果大家对各个成员函数还不太了解其功能时，可以去先看一下这篇文章 -> list容器的基本使用

一、构造函数

cpp 复制代码 
//构造函数
list()
{
	//new一个哨兵位头结点
	_head = new Node;
	_head->_prev = _head;
	_head->_next = _head;

    _size = 0;
}

对链表进行初始化，即生成一个哨兵位头结点。

二、成员函数

1、size()

cpp 复制代码 
//返回当前容器内结点个数
size_t size() const
{
	return _size;
}

2、empty()

cpp 复制代码 
//判断当前容器中结点个数是否为空，若为空返回true，否则返回false
bool empty() const
{
	//这两种写法都可以
	//return _size == 0;
	return _head->_next = _head;
}

3、clear()

4、push_back()

cpp 复制代码 
//在尾部插入一个新结点，它的值为x
void push_back(const T& x)
{
	Node* newnode = new Node(x); //生成一个新结点
	Node* tail = _head->_prev;   //记录插入前最后一个结点的位置

    //插入新结点的过程
	tail->_next = newnode;
	newnode->_next = _head;
	newnode->_prev = tail;
	_head->_prev = newnode;

    //更新_size
    ++_size;
}

5、insert()

注意：看以下几个成员函数建议先看一下本篇中的 三、迭代器。

cpp 复制代码 
//在it位置之前插入一个新结点，它的值为x
void insert(iterator it, const T& x)
{
	Node* newnode = new Node(x);
	Node* cur = it._node;  //当前位置
	Node* prev = cur->_prev; //前一位置

	//插入过程
	prev->_next = newnode;
	newnode->_next = cur;
	newnode->_prev = prev;
	cur->_prev = newnode;

	//更新_size
	++_size;
}

6、push_front()

cpp 复制代码 
//头插
void push_front(const T& x)
{
	insert(begin(), x); //复用insert
}

我们也可以对push_back进行修改，让它也复用insert：

cpp 复制代码 
//尾插
void push_back(const T& x)
{
	insert(end(), x);
}

7、erase()

cpp 复制代码 
//删除pos位置的结点
void erase(iterator pos)
{
	assert(pos != end());

	Node* cur = pos._node;
	Node* prev = cur->_prev;
	Node* next = cur->_next;

	//删除过程
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;

	//释放删除结点的空间
	delete cur;

	//更新_size
	--_size;
}

8、pop_back()

cpp 复制代码 
//尾删
void pop_back()
{
	erase(--end()); //复用erase，end位置上是头结点(哨兵位结点)，所以要--
}

9、pop_front()

cpp 复制代码 
//头删
void pop_front()
{
	erase(begin()); //复用erase
}

三、迭代器(重点)

1、普通迭代器

我们在之前学到的string类和vector容器中，由于它们的底层是数组，申请的空间是连续的，所以它们的迭代器支持++和解引用，而list的底层是链表，如果直接++或者解引用是达不到我们想要的结果的，所以我们需要单独写一个类来封装结点的指针。

cpp 复制代码 
template<class T>
struct list_iterator  //在C++中struct也是类，与class的区别是，它的成员默认是公有
{
	typedef list_node<T> Node;
	typedef list_iterator<T> Self;

    //构造函数
	list_iterator(Node* node)
		:_node(node)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
	{}

	//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
	//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
	T& operator*()
	{
		return _node->_data;
	}

	//重载前置++，返回值依旧是迭代器
	Self& operator++()
	{
		_node = _node->_next;
		return *this;
	}
    
    //重载!=用于判断两个结点是否相等
	bool operator!=(const Self& s) const
	{
		return _node != s._node;
	}
public:
	Node* _node;
};

迭代器本质上就是指针，由于单纯的指针进行++或解引用达不到我们的意图，所以我们用类将它封装起来，在类中重载运算符，使运算符的效果达到我们的意图，大家不要被这种结构所吓倒，只要理解了，它也没那么难。

在list这个类中可以添加与迭代器相关的接口：

cpp 复制代码 
public:
	typedef list_iterator<T> iterator; //typedef的类型也受访问限定符的限制
	iterator begin()
	{
		//有名对象
		//iterator it(_head->_next);
		//return it;

		//匿名对象
		//return iterator(_head->_next);

		return _head->_next; //隐式类型转换

		//以上3种写法均可
	}
	iterator end()
	{
		return _head;
	}

我们来写一段简单的代码，验证一下功能：

在主函数中调用test_list1：

cpp 复制代码 
void test_list1()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(5);

	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())   //这里!=已经是重载后的结果
	{
		cout << *it << " ";  //这里的解引用也是重载后的结果
		++it;  //这里的++还是重载后的结果
	}
	cout << endl;
}

运行结果：

从结果上看，我们写的代码是没问题的。

我们发现每个容器的迭代器遍历方式几乎一模一样，但是底层是大相径庭的。这就体现了封装的好处，不管是什么容器，都可以用这种方式进行遍历。

用Node*定义的对象是4个字节，用iterator定义的对象也是4个字节，用Node*定义的对象解引用和++不符合我们的要求，用iterator定义的对象解引用和++可以满足我们的要求，这就体现出封装的魅力。

了解上述过程后，我们再来补充一些运算符重载：

cpp 复制代码 
//前置--
Self& operator--()
{
	_node = _node->_prev;
	return *this;
}
//后置++
Self operator++(int)
{
	Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
	_node = _node->_next;
	return tmp;
}
//后置--
Self operator--(int)
{
	Self tmp(*this);
	_node = _node->_next;
	return tmp;
}
//相等
bool operator==(const Self& s) const
{
	return _node == s._node;
}

迭代器通常模拟指针的功能，自定义类型的指针支持"->"这个操作符，所以我们也可以重载"->"让迭代器也可以使用。

举个例子：

cpp 复制代码 
struct AA
{
	int _a1;
};

void test_list2()
{
	list<AA> lta;
	lta.push_back(AA());
	lta.push_back(AA());
	lta.push_back(AA());

	list<AA>::iterator ita = lta.begin();
	while (ita != lta.end())
	{
		cout << *ita << " ";
		++ita;
	}
	cout << endl;
}

这段代码是运行不起来的，因为lta中的元素是AA这种自定义类型，*ita解引用后会得到AA类型的对象，自定义类型是不支持流插入和流提取的，所以运行不起来。

解决方法1：在AA中重载流插入和流提取

解决方法2：换一种形式打印。

cpp 复制代码 
list<AA>::iterator ita = lta.begin();
while (ita != lta.end())
{
	cout << (*ita)._a1 << " ";
	++ita;
}
cout << endl;

解决方法3：在迭代器中重载"->"，然后用 ita->_a1 的方式访问。

cpp 复制代码 
//在list_iterator中重载"->"
T* operator->()
{
	return &(_node->_data);
}

调用时：

cpp 复制代码 
list<AA>::iterator ita = lta.begin();
while (ita != lta.end())
{
	cout << ita->_a1 << " "; //按理说应该是ita->->_a1，但两个"->"显得不美观，降低了可读性，所以省略了一个"->"
   //cout << ita.operator->()->_a1 << " "; //也可以用这行代码进行理解
	++ita;
}
cout << endl;

运行结果：

2、通用容器打印方法

在模拟实现vector这篇文章中时，我们用到了通用的容器打印方法print_container()，既然是通用的，那么在list容器中也可以同样的调用。

cpp 复制代码 
template<class Container>
void print_container(const Container& con)
{
    //方式1
	//typename Container::const_iterator it = con.begin();//因为con被const修饰，所以这里的it必须是const_iterator
	//while (it != con.end())
	//{
		//cout << *it << " ";
		//++it;
	//}
	//cout << endl;
    

    //方式2
	for (auto e : con) // 因为con被const修饰，这里的范围for底层调用的必须是const迭代器
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

3、const迭代器

既然有了通用的打印方法，我们可以写一段代码来验证一下：

在主函数中调用test_list3()：

cpp 复制代码 
void test_list3()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(5);

	print_container(lt);
}

运行结果：

运行报错。 这是因为我们调用print_container()时传的时普通的容器，而print_container()接收的是const类型的容器，所以在用范围for进行数据打印时，必须传const类型的迭代器。我们当前是普通类型的迭代器，所以报错了。

这里需要区分：const iterator 和 const_iterator 前者是迭代器本身不能修改(这就不能打印了，因为打印时需要++it)，后者是迭代器指向的内容不能修改。我们所说的const类型的迭代器是后者(const_iterator)。

在普通迭代器中能修改指向内容的地方只有两个，一是重载解引用(*)，二是重载"->"。我们如果想要由普通迭代器改写为const迭代器，就必须单独对着两处进行限制：

cpp 复制代码 
template<class T>
struct list_const_iterator
{
	typedef list_node<T> Node;
	typedef list_const_iterator<T> Self;

	//构造函数
	list_const_iterator(Node* node)
		:_node(node)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
	{}

	//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
	//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
	const T& operator*()
	{
		return _node->_data;
	}

	const T* operator->()
	{
		return &(_node->_data);
	}

	//重载前置++，返回值依旧是迭代器
	Self& operator++()
	{
		_node = _node->_next;
		return *this;
	}

	//前置--
	Self& operator--()
	{
		_node = _node->_prev;
		return *this;
	}
	//后置++
	Self operator++(int)
	{
		Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}
	//后置--
	Self operator--(int)
	{
		Self tmp(*this);
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}

	//不等
	bool operator!=(const Self& s) const
	{
		return _node != s._node;
	}

	//相等
	bool operator==(const Self& s) const
	{
		return _node == s._node;
	}
public:
	Node* _node;
};

操作非常简单，我么只需拷贝一份普通迭代器，对普通迭代器换一下名字，然后单独对重载解引用(*) 和 "->" 的地方做出限制(返回值用const修饰)即可。

然后在list类中添加begin和end方法：

cpp 复制代码 
typedef list_const_iterator<T> const_iterator;

const_iterator begin() const
{
	return _head->_next; //隐式类型转换
}
const_iterator end() const
{
	return _head;//隐式类型转换
}

接下来，我们再次调用test_list3()，看看运行结果：

这样，程序就可以正常运行了。

4、简化

不难发现，我们上面写的list_const_iterator和list_iterator除了operator*和operator->的返回值不一样，其他地方一模一样，那是不是有点冗余了？

由于它们只有两个地方有差异，所以我们可以考虑让它们共用一个模板，只不过模板参数由原先的一个换成三个，具体如下：

cpp 复制代码 
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)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
	{}

	//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
	//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
	Ref operator*()
	{
		return _node->_data;
	}

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

	//重载前置++，返回值依旧是迭代器
	Self& operator++()
	{
		_node = _node->_next;
		return *this;
	}

	//前置--
	Self& operator--()
	{
		_node = _node->_prev;
		return *this;
	}
	//后置++
	Self operator++(int)
	{
		Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}
	//后置--
	Self operator--(int)
	{
		Self tmp(*this);
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}

	//不等
	bool operator!=(const Self& s) const
	{
		return _node != s._node;
	}

	//相等
	bool operator==(const Self& s) const
	{
		return _node == s._node;
	}
public:
	Node* _node;
};

在list类中，修改typedef中的内容即可：

cpp 复制代码 
//修改前：
//typedef list_iterator<T> iterator; 
//typedef list_const_iterator<T> const_iterator;

//修改后：
typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator;
typedef list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;

这样就可以达到合二为一的效果。

四、迭代器失效

1、insert()

这里，insert后就不会出现迭代器失效的问题，我们来看一段代码：

在主函数中调用test_list4()：

cpp 复制代码 
void test_list4()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	print_container(lt);

	list<int>::iterator it = lt.begin();
	lt.insert(it, 10);
	*it += 100;

	print_container(lt);
}

运行结果：

插入数据后，it的指向并没有发生改变所以它没有迭代器失效的问题。

2、erase()

删除时就会发生迭代器失效的问题，我们来看一段代码：

cpp 复制代码 
void test_list5()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
    cout << "删除前：";
	print_container(lt);

	//删除链表中数据是偶数的结点
	auto it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			lt.erase(it);
		}
		++it;
	}
    cout << "删除后：";
	print_container(lt);
}

运行结果：

显而易见，程序崩溃了。

我们将it位置删除后，it位置对应的结点被释放了，此时it就是野指针，紧接着++it，这肯定是不合规的， 这也就是迭代器失效导致的。

我们要想解决该问题，就需要将erase的返回值由void改为iterator：

cpp 复制代码 
//删除pos位置上的结点
iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos != end());

	Node* cur = pos._node;
	Node* prev = cur->_prev;
	Node* next = cur->_next;

	//删除过程
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;

	//释放删除结点的空间
	delete cur;
	//更新_size
	--_size;

	return next; //返回下一位置的迭代器，隐式类型转换
}

我们测试代码也需要改一下：

cpp 复制代码 
void test_list5()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
    cout << "删除前：";
	print_container(lt);

	//删除链表中数据是偶数的结点
	auto it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = lt.erase(it);
		}
		else //这里加else是为了防止两个重复数据挨在一起导致删不干净的情况
		{
			++it;
		}
	}
    cout << "删除后：";
	print_container(lt);
}

再次运行结果为：

这就解决了迭代器失效的问题。

总结来说：insert后迭代器不失效，erase后迭代器失效。

规范一点的话，我们也应让insert的返回值是iterator：

cpp 复制代码 
//在it位置之前插入
iterator insert(iterator it, const T& x)
{
	Node* newnode = new Node(x);
	Node* cur = it._node;  //当前位置
	Node* prev = cur->_prev; //前一位置

	//插入过程
	prev->_next = newnode;
	newnode->_next = cur;
	newnode->_prev = prev;
	cur->_prev = newnode;

	//更新_size
	++_size;

	return newnode; //返回插入结点的指针，隐式类型转换
}

五、析构函数

cpp 复制代码 
//析构函数
~list()
{
	clear();  //清空结点
	delete _head; //单独释放头结点
	_head = nullptr;
}

六、拷贝构造

cpp 复制代码 
list(const list<T>& lt)
{
	for (auto& e : lt) //加引用是为了防止T是自定义类型
	{
		push_back(e);
	}
}

这段代码是有问题的，假设lt1已经存在，现在调用拷贝构造用lt1构造lt2，"list<int> lt2(lt1)"，我们在调用拷贝构造时，lt2就不会调用默认构造了，那么lt2就没有头结点，它的_head就是nullptr，直接调用push_back就会出现问题。 链表为空时调用push_back的前提条件是有头结点，并且头结点的_prev和_next都指向自己。所以我们在进行范围for前要初始化一下lt2。

这里写一个函数来初始化：

cpp 复制代码 
void empty_init()
{
	//new一个哨兵位头结点
	_head = new Node;
	_head->_prev = _head;
	_head->_next = _head;

	_size = 0;
}

拷贝构造：

cpp 复制代码 
//拷贝构造
list(const list<T>& lt)
{
    empty_init();
	for (auto& e : lt) //加引用是为了防止T是自定义类型
	{
		push_back(e);
	}
}

在主函数中调用test_list6：

cpp 复制代码 
void test_list6()
{
	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(2);
	lt1.push_back(3);
	lt1.push_back(4);

	cout << "lt1:";
	print_container(lt1);

	list<int> lt2(lt1); //拷贝构造
	cout << "lt2:";
	print_container(lt2);
}

运行结果：

有了empty_init这个函数，我们在写构造函数时可以直接调用即可：

cpp 复制代码 
//构造函数
list()
{
	//new一个哨兵位头结点
	//_head = new Node;
	//_head->_prev = _head;
    //_head->_next = _head;
   // _size = 0;

    empty_init();
}

七、赋值重载

cpp 复制代码 
void swap(list<T>& lt)
{
	std::swap(_head, lt._head);
	std::swap(_size, lt._size);
}
//赋值重载
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
	swap(lt);
	return *this;
}

在主函数调用test_list7()：

cpp 复制代码 
void test_list7()
{
	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(2);
	lt1.push_back(3);
	lt1.push_back(4);

	cout << "lt1(赋值前):";
	print_container(lt1);

	list<int> lt2;
	lt2.push_back(10);
	lt2.push_back(20);
	lt2.push_back(30);
	lt2.push_back(40);

	lt1 = lt2; //赋值重载

	cout << "lt1(赋值后):";
	print_container(lt1);
}

运行结果：

八、源码

1、list.h

cpp 复制代码 
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

namespace blue
{
	template<class T>
	struct list_node  //结点的结构，在C++中struct也是类，与class的区别是，它的成员默认是公有
	{
		T _data;
		list_node<T>* _prev;
		list_node<T>* _next;

		//构造函数
		list_node(const T& data = T())
			:_data(data)
			,_prev(nullptr)
			,_next(nullptr)
		{}
	};

	/*
	template<class T>
	struct list_iterator  //在C++中struct也是类，与class的区别是，它的成员默认是公有
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_iterator<T> Self;

		//构造函数
		list_iterator(Node* node)
			:_node(node)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
		{}


		//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
		//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
		T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		//重载前置++，返回值依旧是迭代器
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		//前置--
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		//后置++
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}
		//后置--
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		//不等
		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		//相等
		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}

		T* operator->()
		{
			return &(_node->_data);
		}

	public:
		Node* _node;
	};
	*/

	/*
	template<class T>
	struct list_const_iterator
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_const_iterator<T> Self;

		//构造函数
		list_const_iterator(Node* node)
			:_node(node)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
		{}

		//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
		//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
		const T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		const T* operator->()
		{
			return &(_node->_data);
		}

		//重载前置++，返回值依旧是迭代器
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		//前置--
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		//后置++
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}
		//后置--
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		//不等
		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		//相等
		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}
	public:
		Node* _node;
	};
	*/

	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)  //浅拷贝，不需要深拷贝，不用单独写拷贝构造
		{}

		//重载解引用操作符，返回当前结点的数据
		//引用返回的目的是：可以修改当前结点的值
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

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

		//重载前置++，返回值依旧是迭代器
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		//前置--
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		//后置++
		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this); //用系统提供的拷贝构造，完成浅拷贝，因为是迭代器的指针，它的作用就是便于访问，所以不需要写深拷贝
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}
		//后置--
		Self operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

		//不等
		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		//相等
		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}
	public:
		Node* _node;
	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;
	public:
		//typedef list_iterator<T> iterator; //typedef的类型也受访问限定符的限制
		//typedef list_const_iterator<T> const_iterator;

		typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator; //typedef的类型也受访问限定符的限制
		typedef list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;

		iterator begin()
		{
			//有名对象
			//iterator it(_head->_next);
			//return it;

			//匿名对象
			//return iterator(_head->_next);

			return _head->_next; //隐式类型转换

			//以上3种写法均可
		}
		iterator end()
		{
			return _head;
		}


		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next; //隐式类型转换
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _head;//隐式类型转换
		}

		void empty_init()
		{
			//new一个哨兵位头结点
			_head = new Node;
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;

			_size = 0;
		}
		//构造函数
		list()
		{
			empty_init();
		}
		//拷贝构造
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt) //加引用是为了防止T是自定义类型
			{
				push_back(e);
			}
		}

		void swap(list<T>& lt)
		{
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);
		}
		//赋值重载
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

		//析构函数
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		bool empty() const
		{
			//这两种写法都可以
			//return _size == 0;
			return _head->_next = _head;
		}

		//清空容器内所有结点
		void clear()
		{
			auto it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}

		//尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			/*Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev;

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

			++_size;*/

			insert(end(), x);
		}

		在it位置之前插入
		//void insert(iterator it, const T& x)
		//{
		//	Node* newnode = new Node(x);
		//	Node* cur = it._node;  //当前位置
		//	Node* prev = cur->_prev; //前一位置

		//	//插入过程
		//	prev->_next = newnode;
		//	newnode->_next = cur;
		//	newnode->_prev = prev;
		//	cur->_prev = newnode;

		//	//更新_size
		//	++_size;
		//}

		//在it位置之前插入
		iterator insert(iterator it, const T& x)
		{
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* cur = it._node;  //当前位置
			Node* prev = cur->_prev; //前一位置

			//插入过程
			prev->_next = newnode;
			newnode->_next = cur;
			newnode->_prev = prev;
			cur->_prev = newnode;

			//更新_size
			++_size;

			return newnode; //返回插入结点的指针，隐式类型转换
		}

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

		//void erase(iterator pos)
		//{
		//	assert(pos != end());

		//	Node* cur = pos._node;
		//	Node* prev = cur->_prev;
		//	Node* next = cur->_next;

		//	//删除过程
		//	prev->_next = next;
		//	next->_prev = prev;

		//	//释放删除结点的空间
		//	delete cur;

		//	//更新_size
		//	--_size;
		//}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			//删除过程
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			//释放删除结点的空间
			delete cur;
			//更新_size
			--_size;

			return next; //返回下一位置的迭代器
		}

		//尾删
		void pop_back()
		{
			erase(--end()); //end位置上是头结点(哨兵位结点)，所以要--
		}

		//头删
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
	private:
		Node* _head;  //指向头节点(哨兵位)
		size_t _size;
	};

	template<class Container>
	void print_container(const Container& con)
	{
		//typename Container::const_iterator it = con.begin();//因为con被const修饰，所以这里的it必须是const_iterator
		//while (it != con.end())
		//{
		//	cout << *it << " ";
		//	++it;
		//}
		//cout << endl;

		for (auto e : con) // 因为con被const修饰，这里的范围for底层调用的必须是const迭代器
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list1()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		lt.push_back(5);

		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}

	struct AA
	{
		int _a1;
	};

	void test_list2()
	{
		list<AA> lta;
		lta.push_back(AA());
		lta.push_back(AA());
		lta.push_back(AA());

		list<AA>::iterator ita = lta.begin();
		while (ita != lta.end())
		{
			cout << ita->_a1 << " ";
			cout << ita.operator->()->_a1 << " ";
			++ita;
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list3()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		lt.push_back(5);

		print_container(lt);
	}

	void test_list4()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		print_container(lt);

		list<int>::iterator it = lt.begin();
		lt.insert(it, 10);
		*it += 100;

		print_container(lt);
	}

	void test_list5()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		cout<<"删除前：";
		print_container(lt);

		//删除链表中数据是偶数的结点
		auto it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
				it = lt.erase(it);
			}
			else //这里加else是为了防止两个重复数据挨在一起导致删不干净的情况
			{
				++it;
			}
		}
		cout << "删除后：";
		print_container(lt);
	}

	void test_list6()
	{
		list<int> lt1;
		lt1.push_back(1);
		lt1.push_back(2);
		lt1.push_back(3);
		lt1.push_back(4);

		cout << "lt1:";
		print_container(lt1);

		list<int> lt2(lt1); //拷贝构造
		cout << "lt2:";
		print_container(lt2);
	}

	void test_list7()
	{
		list<int> lt1;
		lt1.push_back(1);
		lt1.push_back(2);
		lt1.push_back(3);
		lt1.push_back(4);

		cout << "lt1(赋值前):";
		print_container(lt1);

		list<int> lt2;
		lt2.push_back(10);
		lt2.push_back(20);
		lt2.push_back(30);
		lt2.push_back(40);

		lt1 = lt2; //赋值重载

		cout << "lt1(赋值后):";
		print_container(lt1);
	}
}

2、Test.cpp

cpp 复制代码 
#include "list.h"
int main()
{
	//blue::test_list1();
	//blue::test_list2();
	//blue::test_list3();
	//blue::test_list4();
	//blue::test_list5();
	//blue::test_list6();
	//blue::test_list7();
	return 0;
}

九、补充

标准库中list对象还可以支持这样初始化：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
	std::list<int> lt = { 1,2,3,4,5 };

	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果：

这是C++11中的用法，用{}将一些值包在其中，这种写法的类型是：initializer_list

它是一个类模板。它的底层就是在栈上开辟一个数组将{}中的值存储起来，有两个指针，一个指向起始位置，另外一个指向最后一个有效元素的下一个位置，所以initializer_list类型的对象大小在32位平台下是8字节(两个指针)。

而list对象之所以能这样初始化是因为它的底层有个像这样的构造函数：

cpp 复制代码 
list(initializer_list<T> il)
{
	empty_init();
	for (auto& e : il)
	{
		push_back(e);
	}
}

调用时是这样的：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
	//实际上是这样调用
	std::list<int> lt1({ 1,2,3,4,5 }); //直接构造
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//但我们平时喜欢这样写
	std::list<int> lt2 = { 10,20,30,40,50 }; //这里是隐式类型转换，单参数构造函数支持隐式类型转换
	for (auto e : lt2)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
    
	const std::list<int>& lt3 = { 3,3,3,3,3 }; //将隐式类型转换过程中的临时对象给lt3了，临时对象具有常性，所以必须加const
	return 0;
}

运行结果：

十、结语

本篇内容到这里就结束了，主要模拟实现了list容器的常用接口，希望对大家有些许帮助，祝大家天天开心！

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