【C++】---STL之list的模拟实现
一、list模拟实现思路二、结点类的实现三、list迭代器的实现1、ListIterator类2、构造函数3、operator*运算符重载5、operator->运算符重载6、operator！=运算符重载7、operator==运算符重载8、前置++9、后置++10、前置--11、后置-- 四、list类的实现1、list类2、构造3、析构4、拷贝构造5、赋值运算符重载（1）传统的赋值运算符重载（2）现代的赋值运算符重载 6、迭代器7、insert()8、erase()9、clear()10、push_front()11、push_back()12、pop_front()13、pop_back()14、empty()15、size() 五、完整代码
一、list模拟实现思路
list的模拟实现比 string vector的模拟实现略微复杂一点：
（1）由于链表的每一个结点本身就是一个结构体，里面包括数据和指针，所以在接下来的模拟中，我们会将链表的每一个结点封装为一个类，也就是结点类。
（2）链表中数据的物理储存空间是不连续的，但是string和vector他们的数据储存物理空间是连续的。因此在访问链表的数据的时候，不能用原生的迭代器来进行访问，我们需要自己重载一个迭代器，自己封装一个迭代器的类。
list的模拟的大体思路：
二、结点类的实现
单个结点类的成员变量有三个：
（1）结点值：_val
（2）指向前一个结点的指针：_prev
（3）指向后一个结点的指针：_next
结点无需拷贝构造、赋值运算符重载，由于没有额外申请空间，因此也不需要析构
// 1.单个的结点类：template<class T>struct Listnode{T _val;Listnode<T>* _next;Listnode<T>* _prev;// 构造:Listnode(const T& x = T()):_val(x), _next(nullptr), _prev(nullptr){}};三、list迭代器的实现
1、ListIterator类
（1）我们为什么要对链表的迭代器进行一个单独的封装？
因为之前普通的迭代器++都是连续，可以直接进行访问数据。
但是链表不一样，物理空间连续所以说我要把这个迭代器进行一个类的封装，然后在里面对他运算符重载（例如：++）我们就可以掌控这个迭代器的行为！
当原生的迭代器或者运算符不合我们所需要的预期的话，就可以把它进行一个封装，我们自己来重载，达到我们所需要的预期
（2）迭代器有两种，一种是普通迭代器，一种是const的迭代器
为了不使代码冗余，我们就会将两个迭代器写在一起，用模板！
对于T&，类模板实例化出两个类，一个是T&类，一个是const T&类，同理，T*也一样。使用 ：
template<class T,class Ref,class Ptr>// Ref==T& Ptr==T*类模板就会实例化出来两个类，一个是普通的、不带const的T，T&， T*，另一个是带const的T，const T&， const T*，其中Ref是引用，Ptr是指针，该类模板实例化了以下这两个类模板：
template class<T,T&,T*> iterator;template class<const T, const T& ,const T*> const_iterator;这样我们就解决了两个类的问题。
2、构造函数
template<class T,class Ref,class Ptr>struct ListIterator{typedef Listnode<T> Node;// 1.(这个是单个结点“类型”的重定义) 不管你是什么类型的结点 我都给你整成Node，因为Listnode<T>是一个结点模版！typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self; // 2.(这个是本迭代器指针“类型”的重定义)// 成员变量：Node* _node;// 构造：ListIterator(const Node* node):_node(node){}};3、operator*运算符重载
// 重载*(*it)// Ref==T&Ref operator*()// 为什么要传引用返回呢？因为有的时候我们可能需要对it进行修改+1,-1等等。{return _node->_data;}5、operator->运算符重载
// 重载->//Ptr==T*Ptr operator->(){6、operator！=运算符重载
对于==和!=的重载的时候，我们一定要想清楚到底是对它里面节点的值来判断相不相等，还是说来判断指向这个结点的迭代器指针相不相等。很明显我们这里重载（ = =）和（！=）通过判断结点的迭代器相等不相等来进行重载的。
// !=bool operator!=(const Self& it){return _node != it._node;}7、operator==运算符重载
比较两个迭代器相等不相等的时候一定不能比较所指向节点中的值，万一所有的节点里面值相等都是一样，那你意思就是说：这里面的所有迭代器都是相等吗？不就扯淡吗？！所以说比较迭代器相不相等：就是比较两者是不是指向同一个结点（即：比较指针是否相等！）因为迭代器本质上是指针！
bool operator==(const Self& it){return _node == it._node;}8、前置++
//前置++,(++it)Self& operator++()//因为++对内容进行了修改，所以要传引用返回！{_node = _node->_next;return *this;}9、后置++
//后置++，(it++)Self operator++(int){Self tmp = *this;//因为后置++，要返回的是++之前的值，所以要先保存未++的值在tmp里面！_node = _node->_next;return tmp;}10、前置–
//前置--,(--it)Self& operator--()//因为--对内容进行了修改，所以要传引用返回！{_node = _node->_prev;return *this;}11、后置–
//后置--，(it)Self operator--(int){Self tmp = *this;//因为后置--,要返回的是--之前的值，所以要先保存未--的值在tmp里面！_node = _node->_prev;return tmp;}四、list类的实现
1、list类
list的成员只需要一个头节点，然后通过迭代器来访问后面的其他元素即可。
2、构造
//1、构造：list(){_head = new Node;//会调ListNode的构造函数_head->_next = _head;//整个链表只有头节点，先构造一个没有实际节点的链表_head->_prev = _head;//整个链表只有头节点，先构造一个没有实际节点的链表}3、析构
// 2、析构~list(){clear();delete[] _head;_head = nullptr;}4、拷贝构造
//特意写一个，初始化一个哨兵位void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}// 3、拷贝构造// lt2(lt1)list(const list<T> lt){empty_init();//先初始化一个头结点for (auto& e : lt)// 接下来在哨兵位后面 尾插 就可以实现拷贝构造！{push_back(e);}}// 需要析构，一般就需要自己写深拷贝// 不需要析构，一般就不需要自己写深拷贝，默认浅拷贝就可以};5、赋值运算符重载
（1）传统的赋值运算符重载
//赋值运算符重载 lt1 = lt 传统写法list<T> operator=(const list<T>& lt){ //链表已存在，只需将节点尾插进去即可if(this != lt){for (auto& e : lt){push_back(e);}}}（2）现代的赋值运算符重载
//4、赋值运算符重载(深拷贝)// lt1=lt2list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}void swap(list<T>& lt){std::(_head, lt._head);std::(_size, lt._size);}6、迭代器
（1）普通迭代器：
iterator begin(){//iterator it = _head->_next;// 有名对象 //调用迭代器的构造函数创建一个迭代器it//return it;return iterator(_head->_next);// 匿名对象// return _head->_next; // 不能这样写，因为返回类型是迭代其指针，而你这样返回的是一个结点。}iterator end(){return iterator(_head);}只要你有节点的指针，就可以构造迭代器：
下面这里就是构造了一个迭代器，因为它的返回类型是迭代器，你只要有节点的指针我就可以构造一个迭代器，只不过有两种情况是匿名对象，另外一种是有名对象：
（2）const迭代器：
const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);//头节点不存数据} const_iterator end() const{return const_iterator(_head);//尾节点的下一个节点位置即头节点}7、insert()
// 3.insertvoid insert(iterator pos, const T& val)//在pos位置之前插入val{//先用一个指针保存pos的位置！Node* cur = pos._node;//创建一个新的节点newnode来接受val的值Node* newnode = new Node(val);//再保存pos位置前一个方便newnode插入！Node* prev = cur->_prev;//prev newnode cur三者之间的交换newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;}8、erase()
iterator erase(iterator pos){// 1、先保存pos位置的前后！Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;// 2、prev 和 next两者之间进行链接！prev->_next = next;next->_prev = prev;// 3、直接删除curdelete cur;// 4、因为是模拟原本库里面的erase函数，返回的就是要删除pos位置的下一个位置的迭代器。return iterator(next);}9、clear()
void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);//因为erase会返回要删除结点的下一个位置，所以要用iterator类型的it接受！}}10、push_front()
// 头插void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}11、push_back()
// 尾插void push_back(const T& x){insert(end(), x);}12、pop_front()
// 头删void pop_front(){erase(begin());}13、pop_back()
// 尾删void pop_back(){erase(--end());}14、empty()
bool empty(){return (_head->_next == _head);}15、size()
size_t size()const{size_t count = 0;Node* cur = _head;while (cur->_next != _head){cur = cur->_next;count++;}return count;}五、完整代码
#pragma once#include <assert.h>#include<iostream>using namespace std;namespace yjl{template<class T>struct Listnode{Listnode<T>* _prev;Listnode<T>* _next;T _data;//单个节点之间的内部构造Listnode(const T& x = T()):_prev(nullptr), _next(nullptr), _data(x){}};/// ///list迭代器的封装：//template<class T>//struct ListIterator//{//typedef Listnode<T> Node;// 1.(这个是单个结点“类型”的重定义) 不管你是什么类型的结点 我都给你整成Node，因为Listnode<T>是一个结点模版！//typedef ListIterator<T> Self; // 2.(这个是本迭代器指针“类型”的重定义)//Node* _node;////构造//ListIterator(Node* node)//:_node(node)//{}//// 重载*(*it)//const T& operator*()// 为什么要传引用返回呢？因为有的时候我们可能需要对it进行修改+1,-1等等。//{//return _node->_data;//}//// 重载->//const T* operator->()//{//return &_node->_data;//得到的是地址：T*//}////前置++,(++it)//Self& operator++()//因为++对内容进行了修改，所以要传引用返回！//{//_node = _node->_next;//return *this;//}////后置++，(it++)//Self operator++(int)//{//Self tmp = *this;//因为后置++，要返回的是++之前的值，所以要先保存未++的值在tmp里面！//_node = _node->_next;//return tmp;//}////前置--,(--it)//Self& operator--()//因为--对内容进行了修改，所以要传引用返回！//{//_node = _node->_prev;//return *this;//}////后置--，(it)//Self operator--(int)//{//Self tmp = *this;//因为后置--,要返回的是--之前的值，所以要先保存未--的值在tmp里面！//_node = _node->_prev;//return tmp;//}//bool operator!=(const Self& it)//{//return _node != it._node;//}//bool operator==(const Self& it)//{//return _node == it._node;//}//};// typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;// typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;//list迭代器的封装：template<class T,class Ref,class Ptr>// Ref==T& Ptr==T*struct ListIterator{typedef Listnode<T> Node;// 1.(这个是单个结点“类型”的重定义) 不管你是什么类型的结点 我都给你整成Node，因为Listnode<T>是一个结点模版！typedef ListIterator<T,Ref,Ptr> Self; // 2.(这个是本迭代器指针“类型”的重定义)Node* _node;//构造ListIterator(Node* node):_node(node){}// 重载*(*it)// Ref==T&Ref operator*()// 为什么要传引用返回呢？因为有的时候我们可能需要对it进行修改+1,-1等等。{return _node->_data;}// 重载->//Ptr==T*Ptr operator->(){return &_node->_data;//得到的是地址：T*}//前置++,(++it)Self& operator++()//因为++对内容进行了修改，所以要传引用返回！{_node = _node->_next;return *this;}//后置++，(it++)Self operator++(int){Self tmp = *this;//因为后置++，要返回的是++之前的值，所以要先保存未++的值在tmp里面！_node = _node->_next;return tmp;}//前置--,(--it)Self& operator--()//因为--对内容进行了修改，所以要传引用返回！{_node = _node->_prev;return *this;}//后置--，(it)Self operator--(int){Self tmp = *this;//因为后置--,要返回的是--之前的值，所以要先保存未--的值在tmp里面！_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const Self& it){return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it){return _node == it._node;}};/// ///template<class T>class list{typedef Listnode<T> Node;public:typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&,const T*> const_iterator;iterator begin(){//iterator it = _head->_next;// 有名对象 //调用迭代器的构造函数创建一个迭代器it//return it;return iterator(_head->_next);// 匿名对象// return _head->_next; // 不能这样写，因为返回类型是迭代其指针，而你这样返回的是一个结点。}iterator end(){return iterator(_head);}// 1.多个节点之间的构造：初始化一个哨兵位 //特意写一个，初始化一个哨兵位void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}// 构造list(){empty_init();}// 拷贝构造函数// lt2(lt1)list(const list<T>& lt){empty_init();// 先构造一个哨兵位头结点for (auto& e : lt)// 接下来在哨兵位后面 尾插 就可以实现拷贝构造！{push_back(e);}}// 需要析构，一般就需要自己写深拷贝// 不需要析构，一般就不需要自己写深拷贝，默认浅拷贝就可以//赋值运算符重载(深拷贝)// lt1=lt2list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}// 析构~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}// 2.push_back() //void push_back(const T& x)//{//Node* tmp = new Node(x);//Node* tail = _head->_prev;// 因为要尾插，所以保存好尾节点！//tail->_next = tmp;//tmp->_prev = tail;//tmp->_next = _head;//_head->_prev = tmp;//}// 头插void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}// 尾插void push_back(const T& x){insert(end(), x);}// 头删void pop_front(){erase(begin());}// 尾删void pop_back(){erase(--end());}// 3.insertvoid insert(iterator pos, const T& val)//在pos位置之前插入val{//先用一个指针保存pos的位置！Node* cur = pos._node;//创建一个新的节点newnode来接受val的值Node* newnode = new Node(val);//再保存pos位置前一个方便newnode插入！Node* prev = cur->_prev;//prev newnode cur三者之间的交换newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;}iterator erase(iterator pos){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;// 我们delete cur之后，原来的pos迭代器指针也就消失了，但是我们为什么必须要返回一个：迭代器指针？return iterator(next);// 因为删除的数据是有不确定性的，万一要删除偶数或者后面有其他的用途，我们没有原来pos的位置，我们如何再找到其他的数据呢？}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);//因为erase会返回要删除结点的下一个位置，所以要用iterator类型的it接受！}}//size_t size()const//{//size_t count = 0;//while (_head->_next != _head)//{//_head = _head->_next;// 因为_head是不能被修改的！！！，所以要创建一个临时指针来指向_head//count++;//}//return count;//}size_t size()const{size_t count = 0;Node* cur = _head;while (cur->_next != _head){cur = cur->_next;count++;}return count;}bool empty(){return (_head->_next == _head);}private:Node* _head;size_t _size;};好了，今天的分享就到这里了
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