【C++】模拟实现list

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：

//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

//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()

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

2、empty()

//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() 

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

4、push_back()

//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。

//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()

//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：

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

 7、erase()

//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()

//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()

//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。

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：

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：

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：

//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：

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。

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。 

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

 调用时：

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。

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()：

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：

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：

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：

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：

//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()：

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：

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：

//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：

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：

//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

//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

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：

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：

//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：

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：

//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

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()：

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

#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

#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：

#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：

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

调用时是这样的：

#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！

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_74012727/article/details/142409760

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！