C++小白的逆袭之路——（第十章：list）

本文主要是介绍C++小白的逆袭之路——（第十章：list），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1. list的介绍和使用

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1.1 list的介绍

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1. list是可以在常数范围内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。
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，以让其更简单高效。
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)。

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1.2 list的使用

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1.2.1 list的构造

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构造函数（constructor）	接口说明
list (size_type n, const value_type& val = value_type())	构造的list中包含n个值为val的元素
list()	构造空的list
list (const list& x)	拷贝构造函数
list (InputIterator first, InputIterator last)	用[first, last)区间中的元素构造list

void test1()
{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;for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;
}

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1.2.2 迭代器

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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。（只是暂时当做指针，实际上它的底层是更复杂的东西，并不是指针）

函数声明	接口说明
begin + end	返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器
rbegin + rend	返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator,即begin位置

// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
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，说明list的迭代器不是指针}cout << endl;
}void TestList2()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 使用正向迭代器正向打印list中的元素// list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法while (it != l.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();auto rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

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。

容器迭代器的分类：

1. 功能上分：正向、反向。
2. 性质上分：单向、双向、随机。

单向迭代器只支持++，像单链表和哈希表使用的就是单向迭代器；双向迭代器支持++和--，双向链表list和红黑树使用双向迭代器；随机迭代器支持++/--/+/-，vector/string/deque使用随机迭代器。

查看list的迭代器类型：

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1.2.3 list capacity

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函数声明	接口说明
empty	检测list是否为空，是返回true，否则返回false
size	返回list中有效节点的个数

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1.2.4 list element access

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函数声明	接口说明
front	返回list的第一个节点中值的引用
back	返回list的最后一个节点中值的引用

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1.2.5 list modifiers

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函数声明	接口说明
push_front	在list首元素前插入值为val的元素
pop_front	删除list中第一个元素
push_back	在list尾部插入值为val的元素
pop_back	删除list中最后一个元素
insert	在position位置中插入值为val的元素，返回值是插入元素的位置
erase	删除position位置的元素，返回值是删除位置的下一个位置
swap	交换两个list中的元素
clear	清空list中的有效元素（并不是清除列表对象）

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1.2.6 list operations

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1. reverse逆置：

void test2()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);lt.reverse();		// 逆置list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}
}

2. sort排序：

void test3()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);// sort(lt.begin(), lt.end()); // 无法使用算法库中的sort，因为无法实现三数取中for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;// 升序 less// less<int> gt1;// lt.sort(gt1); // 默认就是升序lt.sort();for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;// 降序 greatergreater<int> gt2;lt.sort(gt2);// lt.sort(greater<int>()) 实际应用时传匿名对象for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;
}

• list无法使用算法库中的sort函数，从sort函数的声明中就可以看出提示，sort需要传入随机迭代器，但是list是双向迭代器。
  
• sort默认是升序排序，但是可以给sort传入一个greater<>类型参数，就可以实现降序排序，list中的数据是什么类型，尖括号中就填什么类型。实际应用中一般是传匿名对象给sort。
• 算法库中sort的底层是快排，list中sort的底层是归并。数据量大时，尽量不要使用list的sort，效率较低。需要对list进行排序时，可以先将数据拷贝给vector，用vector排完序后再拷贝回来。

void test4()
{list<int> lt;lt.push_back(5);lt.push_back(4);lt.push_back(3);lt.push_back(2);lt.push_back(1);vector<int> v(lt.begin(), lt.end());sort(v.begin(), v.end());lt.assign(v.begin(), v.end());for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;
}

3. unique去重：

void test5()
{list<int> lt;lt.push_back(5);lt.push_back(4);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(2);lt.push_back(1);for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;// 去重，链表必须有序lt.unique();for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;
}

• 注意：使用unique之前，链表必须要进行排序，即链表必须是有序的。

4. remove指定删除一个元素：

void test5()
{list<int> lt;lt.push_back(5);lt.push_back(4);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(1);lt.remove(3); // 删除链表中所有的3for (auto e : lt) { cout << e; }cout << endl;
}

• 注意：用remove删除列表中不存在的元素，程序什么都不做，但不会报错。

5. splice转移：

void test6()
{list<int> mylist1, mylist2;list<int>::iterator it;// set some initial values:for (int i = 1; i <= 4; ++i)mylist1.push_back(i);      // mylist1: 1 2 3 4for (int i = 1; i <= 3; ++i)mylist2.push_back(i * 10);   // mylist2: 10 20 30it = mylist1.begin();++it;                         // points to 2mylist1.splice(it, mylist2); // mylist1: 1 10 20 30 2 3 4// mylist2 (empty)// "it" still points to 2 (the 5th element)mylist2.splice(mylist2.begin(), mylist1, it); // 把it位置的值传给mylist2// mylist1: 1 10 20 30 3 4// mylist2: 2// "it" is now invalid.it = mylist1.begin();advance(it, 3);           // "it" points now to 30mylist1.splice(mylist1.begin(), mylist1, it, mylist1.end()); // 把it开始到mylist1.end()结束的一段区间传给mylist1.begin()之前// mylist1: 30 3 4 1 10 20std::cout << "mylist1 contains:";for (it = mylist1.begin(); it != mylist1.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';std::cout << "mylist2 contains:";for (it = mylist2.begin(); it != mylist2.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';
}

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1.2.7 list的迭代器失效

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建议看过模拟实现后，再来看迭代器失效。

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。

void TestListIterator1()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值l.erase(it); ++it;}
}// 改正
void TestListIterator()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){l.erase(it++); // it = l.erase(it);}
}

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2. list的模拟实现

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2.1 list大概框架

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list是一个双向带头循环链表，其中头结点不存放数据。

namespace mylist
{// 双向链表template<class T>struct list_node{T _data;list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;list_node(const T& x = T()):_data(x),_next(nullptr),_prev(nullptr){}};// list，套用双向链表template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;void empty_init() // 头结点初始化函数{_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}// 无参构造函数list() { empty_init(); }int size() { return _size; }void push_back(const T& x){Node* tail = _head->_prev;Node* newnode = new Node(x);tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;++_szie;}...private:Node* _head;int _size;};
}

注意：

• list中封装了一个list_node双链表结构，list_node用的是struct结构体，全开放；
• list_node也要写一个构造函数，参数只有一个，全缺省；
• 设计了一个头结点的初始化函数，无参的构造函数可以直接套用；
• 最好设计一个成员变量_size，便于直接返回list的大小，不然的话求size还要遍历。

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2.2 正向非const迭代器

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迭代器封装了底层的实现细节，提供了统一的访问、遍历、修改方式。大家可以感受一下，我们在用迭代器遍历vector和list时，使用方法都是一样的，但是他们的底层实现已经是天差地别了。

namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};// 迭代器template<class T>struct __list_iterator // 一般以 __ 开头的，就是不希望在类的外部被访问的{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T> self;Node* _node;__list_iterator(Node* node) // 单参数的构造函数支持隐式类型的转换:_node(node){}self& operator++(){_node = _node->_next; // 发生隐式类型转化return *this;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}T& operator*(){return _node->_data;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T> iterator;...iterator begin(){return _head->_next; // 发生隐式类型转换}iterator end(){return _head;}...private:Node* _head;int _size;};
}

list的迭代器，其实就是是模拟指针的行为方式，去访问链表数据。

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2.3 模拟insert()和erase()

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namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};// 迭代器template<class T>struct __list_iterator // 一般以 __ 开头的，就是不希望在类的外部被访问的{...};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T> iterator;...// 析构函数~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}// 头插尾插，头删尾删void push_back(const T& x){ insert(end(), x); }void push_front(const T& x){ insert(begin(), x); }void pop_front() { erase(begin()); }void pop_back() { erase(--end()); }// 在pos位置前，插入值为x的元素，返回新插入的元素iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;// 将新节点插入prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_szie;return newnode;}// 删除pos位置的数据，返回下一个位置的数据iterator erase(iterator pos){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;delete cur;prev->_next = next;next->_prev = prev;--_size;return next;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}...private:Node* _head;int _size;};
}

注意：

• insert的返回值是新元素的位置，erase的返回值是删除元素下一个元素的位置；
• 复用insert，可以很简单的实现头插尾插，头删尾删；
• 复用erase，可以实现clear方法，复用clear方法，又可以实现析构函数。

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2.4 重载->

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来看这样一种场景：我们用list，存储结构体数据AA。我们可以通过(*it).成员变量的方式，访问到AA的内部数据。

struct AA
{AA(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1),_a2(a2){}int _a1;int _a2;
};void test4()
{mylist::list<AA> lt;lt.push_back(AA(1, 1));lt.push_back(AA(2, 2));auto it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;++it;}cout << endl;
}

可以大家来思考一个问题，迭代器模拟的是指针的行为方式，而自定义类型的指针是可以通过运算符->来访问内部数据的，像这样：

void test()
{AA* s;AA a(1, 1);s = &a;cout << s->_a1 << endl;
}

那么如果把(*it)._a1改为it->_a1还能跑通吗？答案是不能，报错了。因为*it返回的是自定义类型AA，而自定义类型是不能使用运算符的，让我们来重载一下：

namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};// 迭代器template<class T>struct __list_iterator // 一般以 __ 开头的，就是不希望在类的外部被访问的{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T> self;Node* _node;...// 重载->T* operator->(){return &_node->_data;}};template<class T>class list{...};
}

大家会发现这个重载非常的奇怪，我们来显示地调用一下这个重载函数：

void test4()
{mylist::list<AA> lt;lt.push_back(AA(1, 1));lt.push_back(AA(2, 2));// 正常调用auto it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;++it;}cout << endl;it = lt.begin();while (it != lt.end()){// 显示调用cout << it.operator->()->_a1 << " " << it.operator->()->_a2 << endl;++it;}cout << endl;
}

大家可以发现，重载->显示调用时，会变成实例对象.operator->()->内部成员，所以operator->()的返回值需要是一个地址，指针类型的数据，然后对这个指针->解引用，就可以拿到自定义结构体的内部成员了。

如果显示的调用，会有两个->，可读性太差，都不知道是什么意思。所以编译器特殊处理，省略了一个->。

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2.5 const迭代器

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1. 第一种实现方式，新创建一个const迭代器类型：

• 不能简单地在原迭代器的基础上直接加const，也就是不能直接在list类中定义typedef const iterator const_iterator。
• 我们来分析一下，如果向上面一样定义，实例化一个const_iterator类型的迭代器it，这个it的最原始类型是const __list_iterator，那么it中的所有内容都不能修改。但是迭代器会++，本质上是改变_node，这样设计的it却不能修改_node，显然是不合理的。一种解决方案是再写一个结构体类型，为const迭代器类型。
• 再来分析一下const迭代器的需求，我们希望_node指向的_data不能被修改，但是_node本身却可以被修改。我们是通过重载的*或->来访问_data的，其中重载*的返回值是T&类型的_node->_data，重载->的返回值是T*类型的&_node->_data，所以我们只需要修改这两个重载函数的返回值类型，都加上const修饰即可。其他地方和普通迭代器一样。

namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};// 迭代器template<class T>struct __list_iterator // 一般以 __ 开头的，就是不希望在类的外部被访问的{...};// const迭代器template<class T>struct __list_const_iterator // 一般以 __ 开头的，就是不希望在类的外部被访问的{typedef list_node<T> Node;typedef __list_const_iterator<T> self;Node* _node;__list_const_iterator(Node* node) // 单参数的构造函数支持隐式类型的转换:_node(node){}self& operator++(){_node = _node->_next; // 发生隐式类型转化return *this;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}const T& operator*(){return _node->_data;}const T* operator->(){return &_node->_data;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T> iterator;typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;...const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}...private:Node* _head;int _size;};
}

这样的写法有一个不足，就是代码大量重复，那么有没有更牛掰的写法？

2. 第二种实现方式，巧妙利用模版参数：

• const迭代器和普通迭代器最大的区别就是，重载*和重载->的返回值类型不同。普通迭代器的重载*返回值类型是T&，->是T*；const迭代器分别是const T&和const T*。
• 我们可以将给__list_iterator结构体传三个模版参数，分别是<class T, class Ref, class Ptr>。其中T就是普通迭代器中的T，一个未知类型；Ref表示该类型的引用；Ptr表示该类型的指针。
• 在设计重载*和重载->时，他们俩的返回值类型就分别是Ref和Ptr。
• 可以在list结构体中直接定义，普通迭代器typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;。const迭代器typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator; 。
• 至此const迭代器设计完毕，相较于第一种设计方案，没有冗余，非常精妙。

namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};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){}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;}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;...const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}...private:Node* _head;int _size;};
}

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2.6 反向迭代器

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通过前面例子知道，反向迭代器的++就是正向迭代器的--，反向迭代器的--就是正向迭代器的++，因此反向迭代器的实现可以借助正向迭代器，即：反向迭代器内部可以包含一个正向迭代器，对正向迭代器的接口进行包装即可。

namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};template<class T, class Ref, class Ptr>struct __list_iterator{...};// 反向迭代器template<class Iterator, class Ref, class Ptr>struct ReverseListIterator{typedef ReverseListIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;Iterator _it;// 构造ReverseListIterator(Iterator it): _it(it){}// 具有指针类似行为Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->() {return &(operator*()); }// 迭代器支持移动Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}// 迭代器支持比较bool operator!=(const Self& l){return _it != l._it;}bool operator==(const Self& l){return _it == l._it;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef ReverseListIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;typedef ReverseListIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;...reverse_iterator rbegin(){return end();}reverse_iterator rend(){return begin();}const_reverse_iterator rbegin() const{return end();}const_reverse_iterator rend() const{return begin();}...private:Node* _head;int _size;};
}

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2.7 拷贝构造和赋值重载

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namespace mylist
{template<class T>struct list_node{...};template<class T, class Ref, class Ptr>struct __list_iterator{...};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}// 拷贝构造函数list(const list<T>& lt){empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}}// 也是一种赋值重载的实现方法/*list<T>& operator=(const list<int>& lt){if (this != &lt){clear();for (auto e : lt){push_back(e);}}return *this;}*/void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head); // 直接交换头指针std::swap(_size, lt._size);}list<T>& operator=(list<int> lt){swap(lt);return *this;}private:Node* _head;int _size;};
}

注意：

• 这里swap仅仅交换两个列表的头结点和大小即可；
• 拷贝构造函数没什么可说的，赋值重载是复用了swap。

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2.8 拓展：体验模版的魅力

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我们在测试自己写的list时，会不断地进行打印操作，该操作的逻辑如下：

void print_list(const mylist::list<int> lt)
{mylist::list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

可是上面这个函数只能打印存放int数据的list，如果是其他类型就打印不了了。所以我们可以使用模版对其改进一下，让这个打印函数适用于所有数据类型的list。

// 不能用class T
template<typename T>
void print_list(const mylist::list<T>& lt)
{// list<T>未实例化，编译器不能去他里面找// 编译器就无法确定list<T>::const_iterator是内嵌类型，还是静态成员变量// 前面加一个typename就是告诉编译器，这里是一个类型，等list<T>实例化了，再去类里面取typename mylist::list<T>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

这里就有一个问题，我们不能再写template<class T>了，并且要在mylist::list<T>::const_iterator前加上typename修饰，不然编译就不通过。因为list<T>在没有接收模版参数前是一个未知类型，是未实例化的，编译器就看不到list<T>内部具体有什么，就不会知道const_iterator到底是内嵌类型还是静态成员变量，产生歧义（静态成员变量也可以通过::突破类域访问）。所以要加上一个typename，告诉编译器mylist::list<T>::const_iterator是一个类型名，不是静态成员变量，等list<T>实例化了再去访问它。

上面的打印函数已经可以打印所有类型的list了，但是现在我还不满足，还想写一个可以打印所有容器的打印函数，因为迭代器对容器进行了封装，让我们可以以相同的逻辑去访问对应容器，能做到吗？

// 针对所有容器
template<typename Container>
void print_container(const Container& con)
{typename Container::const_iterator it = con.begin();while (it != con.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

我们又向上抽象了一层，抽象出了一个容器con，随着con的传入，Container也随之确定。

学到这里相信大家也可以感觉到，模版真的是一个神奇且nb的东西啊！

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3. list模拟实现完整代码

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#pragma once#include<iostream>
using namespace std;namespace mylist
{template<class T>struct list_node{T _data;list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;list_node(const T& x = T()):_data(x),_next(nullptr),_prev(nullptr){}};// 普通迭代器和const迭代器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){}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;}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};// 反向迭代器template<class Iterator, class Ref, class Ptr>struct ReverseListIterator{typedef ReverseListIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;Iterator _it;// 构造ReverseListIterator(Iterator it): _it(it){}// 具有指针类似行为Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->() {return &(operator*()); }// 迭代器支持移动Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}// 迭代器支持比较bool operator!=(const Self& l){return _it != l._it;}bool operator==(const Self& l){return _it != l._it;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef ReverseListIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;typedef ReverseListIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;int size() { return _size; }reverse_iterator rbegin(){return end();}reverse_iterator rend(){return begin();}const_reverse_iterator rbegin() const{return end();}const_reverse_iterator rend() const{return begin();}const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}iterator begin(){return _head->_next; // 发生隐式类型转换}iterator end(){return _head;}void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}// 无参构造函数list(){ empty_init();}list(const list<T>& lt){empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}// 尾插void push_back(const T& x){ insert(end(), x); }void push_front(const T& x){ insert(begin(), x); }void pop_front() { erase(begin()); }void pop_back() { erase(--end()); }// 在pos位置前，插入值为x的元素，返回新插入的元素iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;// 将新节点插入prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return newnode;}// 删除pos位置的数据，返回下一个位置的数据iterator erase(iterator pos){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;delete cur;prev->_next = next;next->_prev = prev;--_size;return next;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}/*list<T>& operator=(const list<int>& lt){if (this != &lt){clear();for (auto e : lt){push_back(e);}}return *this;}*/void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head); // 直接交换头指针std::swap(_size, lt._size);}list<T>& operator=(list<int> lt){swap(lt);return *this;}private:Node* _head;int _size;};
}

心得体会：

• 实现一个容器时，先想想这个容器中，哪些功能是哪些功能的子集，或者说哪些功能可以被复用。就像push_back和insert，push_back只是insert中的一种特殊情况，是子集，所以push_back就可以通过复用insert实现。

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4. list和vector的比较

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	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
使用场景	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

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这篇关于C++小白的逆袭之路——（第十章：list）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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