【C++心愿便利店】No.14—C++之探索list底层原理

迭代器的这种分类方式，是由容器的底层结构来决定的

可以看到算法库里面的sort：迭代器类型是随机（RandomAccessIterator）类型的所以不可以用算法库中的sort，以list中的reverse为例：迭代器是双向（BidirectionalItreator）类型的。

1.2.7 list的迭代器失效

list中insert 插入元素并不会导致迭代器失效， vector 中的 insert插入元素导致迭代器失效是因为，vector 中的 insert 会去扩容挪动数据，而 list 中的 insert 不会进行扩容挪动数据
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&gt; 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&gt; l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
 	auto it = l.begin();
 	while (it != l.end())
 	{
	 	l.erase(it++); // it = l.erase(it);
 	}
}

二、list的模拟实现

2.1 定义一个结构体实现list的节点

template<class T&gt;
struct list_node//struct默认是公有的不受访问限定符限制
{
	T _data;
	list_node<T&gt;*_next;
	list_node<T&gt;*_prev;

	list_node(const T&amp; x=T())//拷贝构造
		:_data(x)
		,_next(nullptr)
		,_prev(nullptr)
	{}
};

2.2 list的成员变量

template<class T&gt;
class list
{
	typedef list_node<T&gt; Node;
public:
		
private:
	Node* _head;
};

2.3 list迭代器的封装实现

list 的迭代器不再使用原生指针因为：

• 首先如果list 的迭代器使用原生指针，那对迭代器解引用得到的是一个节点，但是我们是希望对迭代器解引用可以得到节点里面存储的元素数据
• 其次 list 在底层的物理空间并不连续，如果使用原生指针作为 list 的迭代器，那对迭代器执行 ++ 操作，并不会让迭代器指向下一个节点。
  所以需要对 list 的迭代器进行封装并对一些运算符进行重载以实现迭代器的效果。

2.3.1 普通迭代器

//迭代器的封装和运算符重载
template<class T>
struct __list_iterator
{
	typedef list_node<T>Node;
	typedef __list_iterator<T> self;
	Node* _node;
	
	__list_iterator(Node* node)//构造
		:_node(node)
	{}

	self&amp; operator++()//前置++
	{
		_node = _node->_next;
		return *this;
	}

	self operator++(int)//后置++
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_next;
		return tmp;
	}

	self&amp; operator--()//前置--
	{
		_node = _node->_prev;
		return *this;
	}

	self&amp; operator--(int)//后置--
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_prev;
		return tmp;
	}

	T&amp; operator*()//因为要修改数据所以返回数据的&amp;
	{
		return _node->_data;
	}

	bool operator==(const self&amp; s)
	{
		return _node == s._node;
	}

	bool operator!=(const self&amp; s)
	{
		return _node !=s._node ;
	}
};

迭代器不需要实现析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载函数，直接使用默认生成的就可以（所以浅拷贝就足够了不需要深拷贝）

2.3.2 const迭代器

上述实现了普通迭代器，那 const 迭代器该怎样实现呢？
所谓const 迭代器本质：是限制迭代器指向的内容不能修改，而 const 迭代器自身可以修改，它可以指向其他节点。
const iterator这种写法，const 限制的就是迭代器本身，会让迭代器无法实现 ++ 等操作(所以const迭代器不是对普通迭代器＋const修饰)。

为了实现const迭代器有两种方式：

• 单独写一个 _list_const_iterator 的类

template<class T>
struct __list_const_iterator
{
	typedef list_node<T>Node;
	typedef __list_const_iterator<T> self;
	Node* _node;
	
	__list_const_iterator(Node* node)
		:_node(node)
	{}

	self&amp; 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;
	}

	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;
	}
};

• 在普通迭代器的基础上，再传递一个模板参数，让编译器来生成

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;
	}
};

2.4 list成员函数

2.4.1 构造函数

list 本质上是一个带头双向循环链表。

void empty_init()
{
	_head = new Node;//这里需要传个值所以在拷贝构造的地方给个匿名对象
	_head->_next = _head;
	_head->_prev = _head;
}
list()
{
	empty_init();
}

2.4.2 拷贝构造函数

list(const list<T>& lt)//--->lt是一个const类型的
{
	empty_init();
	for (auto e : lt)
	{
		push_back(e);
	}
}

2.4.3 赋值运算符重载

//两种写法：
list<int>& operator=(const list<int>& lt)
{
	if(this!=&lt)
	{
		clear();//释放lt3;--->不清哨兵位的头结点可以继续插入
		for (auto e : lt)//遍历lt1
		{
			push_back(e);//把lt1中的数据插入到lt3
		}
	}
	return *this;
}
____________________________________________________________________________________
void swap(list<T>& lt)
{
	std::swap(_head,lt._head);//交换头指针
	std::swap(_size, lt._size);
}
list<int>& operator=(list<int>& lt)
{
	swap(lt);
	return *this;
}

2.4.4 迭代器相关

//普通迭代器：
iterator begin()
{
	return _head->_next;
}
iterator end()
{
	return _head;
}
//const迭代器：
const_iterator begin()const
{
	return _head->_next;
}
const_iterator end()const 
{
	return _head;
}

2.4.5 insert

iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
	Node* cur = pos._node;
	Node* prev = cur->_prev;
			 
	Node* newnode = new Node(val);
	prev->_next = newnode;
	newnode->_prev = prev;

	newnode->_next = cur;
	cur->_prev = newnode;

	_size++;
	return iterator(newnode);
}

2.4.6 erase

iterator erase(iterator pos)
{
	Node* cur = pos._node;
	Node* prev = cur->_prev;
	Node* next = cur->_next;

	delete cur;
	cur = nullptr;

	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;

	_size--;
	return iterator(next);//返回pos的下一个位置
}

2.4.7 push_back()

void push_back(const T& x)
{
//找尾
	Node* tail = _head->_prev;
//插入节点	
	Node* newnode = new Node(x);
	tail->_next = newnode;
	newnode->_prev = tail;
	
	newnode->_next = _head;
	_head->_prev = newnode;
}
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
//直接复用insert
void push_back(const T& x)
{
	insert(end(),x);
}

2.4.8 push_front()

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

2.4.9 pop_back()

void pop_back(const T& x)
{
	erase(--end());
}

2.4.10 pop_front()

void pop_front(const T& x)
{
	erase(begin());
}

2.4.11 size()

size_t size()
{
	return _size;
}

2.4.12 clear()

void clear()
{
	iterator it = begin();
	while (it != end())
	{
		it = erase(it);//返回下一个位置的迭代器
	}
}

2.4.13 析构函数

~list()
{
	clear();
	delete _head;
	_head = nullptr;
}

三、list与vector的对比

代码007普通

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