【爱上C++】list用法详解、模拟实现
一：list先容以及使用1.list先容
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[*]list是可以在常数范围内（ 时间复杂度为O(1) ）在任意位置举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(双向迭代器)。
[*]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干的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
[*]list与forward_list非常相似：最重要的差别在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
[*]与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置举行插入、移除元素的执行效率更好。
[*]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，好比：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(好比头部或者尾部)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干联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这大概是一个重要的因素)
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2.基本用法
①list构造方式
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list<int> l1; // 构造空的l1
list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
list<int> l3(l2.begin(), l2.end());// 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
②list迭代器的使用
此处，各人可暂时将迭代器明白成一个指针，该指针指向list中的某个节点。
【注意】
[*]begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
[*]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
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int main() {
// 创建一个整数列表，并初始化列表
list<int> mylist = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 begin() 和 end() 迭代器遍历列表
cout << "使用 begin() 和 end():" << endl;
for (list<int>::iterator it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it) {
cout << *it << " "; // 输出当前迭代器指向的元素
}
cout << endl;
// 使用 rbegin() 和 rend() 迭代器反向遍历列表
cout << "使用 rbegin() 和 rend():" << endl;
for (list<int>::reverse_iterator rit = mylist.rbegin(); rit != mylist.rend(); ++rit) {
cout << *rit << " "; // 输出当前反向迭代器指向的元素
}
cout << endl;
return 0;
}
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③容量
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list<int> v1;
if (v1.empty())
{
cout << "空";
}
cout << endl;
list<int> v2{ 1,2,3,4 };
cout << v2.size();
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④元素访问
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int main() {
// 创建一个整数列表，并初始化列表
list<int> mylist = {10, 20, 30, 40, 50};
// 使用 front() 返回列表的第一个节点中值的引用
cout << "列表的第一个元素: " << mylist.front() << endl;
// 使用 back() 返回列表的最后一个节点中值的引用
cout << "列表的最后一个元素: " << mylist.back() << endl;
// 修改第一个和最后一个元素的值
mylist.front() = 100;
mylist.back() = 500;
// 输出修改后的列表
cout << "修改后的列表: ";
for (const auto& value : mylist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e886bedd2e1b9f74ee110b5c2a4f408e.png
⑤插入和删除
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push_back/pop_back/push_front/pop_front
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
}
cout << endl;
}
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array));
// 在list的尾部插入4，头部插入0
L.push_back(4);
L.push_front(0);
PrintList(L);
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
PrintList(L);
}
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insert/erase
void TestList4()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
PrintList(L);
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
PrintList(L);
// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
vector<int> v{ 7, 8, 9 };
L.insert(pos, v.begin(), v.end());
PrintList(L);
// 删除pos位置上的元素
L.erase(pos);
PrintList(L);
// 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
L.erase(L.begin(), L.end());
PrintList(L);
}
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⑥其他操作
resize/swap/clear
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main() {
// 创建一个包含初始值的列表
list<int> mylist = {10, 20, 30, 40, 50};
cout << "初始列表: ";
for (const auto& value : mylist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
// 使用 resize 改变列表的大小
mylist.resize(3); // 将列表缩小到3个元素
cout << "使用 resize 缩小列表后: ";
for (const auto& value : mylist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
mylist.resize(5, 100); // 将列表扩展到5个元素，新元素的值为100
cout << "使用 resize 扩展列表后: ";
for (const auto& value : mylist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
// 创建另一个列表并交换内容
list<int> otherlist = {1, 2, 3};
cout << "另一个列表: ";
for (const auto& value : otherlist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
mylist.swap(otherlist); // 交换两个列表的内容
cout << "使用 swap 交换后，mylist: ";
for (const auto& value : mylist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
cout << "使用 swap 交换后，otherlist: ";
for (const auto& value : otherlist) {
cout << value << " ";
}
cout << endl;
// 使用 clear 清空列表
mylist.clear();
cout << "使用 clear 清空列表后，mylist 为空，大小为: " << mylist.size() << endl;
return 0;
}
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3.list与vector对比
vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构差别，导致其特性以及应用场景差别，其重要差别如下：
vectorlist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)，插入时有大概需要增容，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)空间使用率底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间使用率高，缓存使用率高底层节点动态开辟，末节点容易造成内存碎片，空间使用率低，缓存使用率低迭代器原生态指针对原生态指针(节点指针)举行封装迭代器失效在插入元素时，要给全部的迭代器重新赋值，由于插入元素有大概会导致重新扩容，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场景使用需要高效存储，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
二：list模拟实现
1.基本框架
list模拟实现的代码由三部分构成，内容较多，为了便于明白这里先提前先容大致框架，背面再对每一部分详细讲授。
分为以下几大部分：
[*]节点结构体模板
[*]__list_iterator 结构体模板
[*]list结构体模板（由一个个节点构成）
[*]测试函数
1.起首，我们定义了一个节点结构体模板 ListNode，它包含：
[*]ListNode* 类型的 _next 和 _prev 指针，分别指向前后节点。
[*]T 类型的 _data，存放节点的数据。
[*]ListNode 的构造函数初始化这些成员。
2.然后，我们定义了一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器。这个迭代器包含：
[*]一个指向当前节点的指针 _node。
[*]构造函数、前置和后置 ++、-- 运算符重载、解引用运算符、相称和不相称比力运算符等操作。
为了简化代码，__list_iterator 使用了两个 typedef：
[*]将 ListNode 重命名为 Node。
[*]将 __list_iterator<T, Ref, Ptr> 重命名为 self。
3.接下来，我们实现了 list 结构体模板。
[*]它包含一个带哨兵位的头结点 _head，类型为 Node* 。通过这个头结点以及迭代器指向的各个节点，形成一个带头的双向循环链表。
[*]在 list 中，我们将 __list_iterator<T, T&, T*> 重命名为 iterator，将 __list_iterator<T, const T&, const T*> 重命名为 const_iterator，一种是普通迭代器，一种是常量迭代器，以便用户更方便地使用迭代器。
通过这些定义，我们实现了一个功能完整的双向循环链表，并且提供了迭代器接口，使得用户可以方便地遍历和操作链表中的元素。
这个结构通过 ListNode 实现了双向节点连接，通过 __list_iterator 实现了链表的遍历和操作接口，并通过 list 结构体模板实现了团体的双向循环链表功能。测试函数用于验证各部分的功能和接口是否正常运行。
节点类
template<class T>//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。这样做的原因是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T
struct ListNode
{
//成员函数
ListNode(const T& val = T()); //构造函数
ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针
ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针
T _data; // 节点存储的数据
};
迭代器类
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node; // 定义节点类型的别名
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;// 定义迭代器类型的别名
//__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。
//通过不同的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。
//构造函数，接受一个节点指针
__list_iterator(Node* x);
// 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
//++it
self& operator++();
//it++
self operator++(int);
self& operator--();
self operator--(int);
Ref operator*();
Ptr operator->();
bool operator!=(const self& s);
bool operator ==(const self& s);
Node* _node; // 指向链表节点的指针
};
list类
template<class T>
class list
{
public:
typedef ListNode<T> ListNode;
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
//默认成员函数
//构造
list();
list(size_t n, const T& val = T());
list(int n, const T& val = T());
template<class InputIterator>//取名为InputIterator说明可以用任意类型的迭代器构造
list(InputIterator first, InputIterator last)
;
//拷贝构造
list(const list<T>& lt);
//赋值运算符重载
list<T>& operator=(const list<T>& lt);
//析构
~list();
//迭代器相关函数
//正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
const_iterator begin() const;
const_iterator end() const;
//访问容器相关函数
T& front();
T& back();
const T& front() const;
const T& back() const;
//插入、删除函数
iterator insert(iterator pos, const T& x);
iterator erase(iterator pos);
void push_back(const T& x);
void pop_back();
void push_front(const T& x);
void pop_front();
//其他函数
size_t size() const;
void resize(size_t n, const T& val = T());
void clear();
bool empty() const;
void swap(list<T>& lt);
private:
ListNode* _head; //指向链表头结点的指针
};
2.节点结构体模板
实现一个list实际上是实现一个带头双向循环链表。起首，需要定义一个结点类，每个结点应存储以下信息：数据、前驱指针和后继指针。
对于结点类的成员函数，只需实现一个构造函数即可，由于结点类的唯一职责是根据数据构造结点。结点的释放操作由list类的析构函数统一管理，不需要在结点类中单独实现。
缘故原由如下：
结点类的析构函数
结点类不需要单独的析构函数，由于：
[*]主动内存管理：C++的内存管理机制会主动调用析构函数来释放对象的内存。在结点类中，通常不涉及动态内存分配（如使用new创建成员），因此不需要特殊的内存释放操作。
[*]链表类负责内存管理：链表类（如list）会在其析构函数中遍历全部结点并删除它们，确保全部结点的内存被正确释放。
结点的创建和销毁
在链表的操作中，结点的创建和销毁是由链表类控制的：
[*]创建结点：在需要添加新结点时，链表类会使用结点类的构造函数创建新结点。
[*]销毁结点：在链表类的析构函数或其他删除操作中，会遍历全部结点并删除它们，从而调用每个结点的析构函数。
template<class T>
//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。
//这样做的原因是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T
struct ListNode
{
//成员函数
ListNode(const T& val = T()) //构造函数
{
:_val(val)
,_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
}
//使用默认参数 T() 初始化 _data，并将 _next 和 _prev 初始化为 nullptr
ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针
ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针
T _data; // 节点存储的数据
};
ListNode(const T& x = T()) 必须加上 =T() !!!
默认参数的提供：
[*]构造函数中的 = T() 表示如果调用者在创建 ListNode 对象时没有提供参数 x，则会使用 T() 这个默认值来初始化 _data 成员变量。
[*]机动性：这种构造函数提供了更大的机动性。如果调用者提供了参数 x，则会使用提供的值来初始化节点的 _data 成员；如果没有提供参数 x，则会使用 T() 的默认构造函数生成一个默认值来初始化 _data。
[*]实用性：对于链表节点来说，大概存在需要默认构造的环境，比方默认构造一个空节点或者默认值为特定类型的环境。通过提供默认参数，可以简化在某些场景下节点的创建。
为什么ListNode* _prev; 要加？？？
模板类 ListNode 是一个通用类型，它可以被实例化为差别的数据类型。加上 是为了告诉编译器 _next 是一个指向雷同类型的 ListNode 实例的指针。
这里，ListNode 是一个模板类，它可以用任何类型的 T 来实例化。比方，你可以有一个 ListNode 用于整数类型，或者一个 ListNode 用于浮点数类型。
ListNode* intNode;
ListNode* doubleNode;
在模板类的内部，也需要指定详细类型。比方，当定义 _next 指针时，需要明白它指向的是哪种类型的 ListNode，因此使用 ListNode*。如果不加 ，编译器将不知道 _next 是指向哪个详细实例化类型的 ListNode。好比：
ListNode<int> node;
node._next = new ListNode<int>(5);// 正确，_next 是指向 ListNode<int> 的指针
ListNode<double> dnode;
dnode._next = new ListNode<double>(3.14);// 正确，_next 是指向 ListNode<double> 的指针
结构体（struct）？？？
是一种自定义数据类型，用于将多个相干的变量组合在一起。结构体可以包含基本数据类型、指针、引用、其他结构体、类等成员。与类（class）的重要区别在于结构体的默认访问控制是公有的（public），而类的默认访问控制是私有的（private）。
带有构造函数的结构体：结构体可以包含构造函数，用于初始化成员变量。函数名就是结构体名
3.__list_iterator 结构体模板
迭代器有两种实现方式，根据容器底层的数据结构举行选择：
[*]原生指针：比方，vector和string的底层是连续的物理内存空间。
[*]vector和string的迭代器实际上是原生指针，由于它们的数据存储在连续的内存空间中。通过指针的自增、自减以及解引用操作，我们可以对相应位置的数据举行操作。
[*]封装指针：对于不连续的存储结构，需要将原生指针封装成迭代器类。
[*]由于迭代器的使用形式与指针完全雷同，因此在自定义迭代器类中必须实现以下功能：
[*]解引用：必须重载operator*()。
[*]成员访问：必须重载operator->()。
[*]向后移动：必须重载operator++()和operator++(int)。
[*]向前移动（如双向链表）：重载operator--()和operator--(int)。
[*]比力操作：需要重载operator==()和operator!=()。
对于list来说，其各个结点在内存中的位置是随机的，并非连续存储。因此，不能通过简单的指针自增、自减和解引用操尴尬刁难结点举行操作。
迭代器的意义在于，让用户可以不必关心容器的底层实现，通过统一的方式访问容器内的数据。由于list的结点指针不满足迭代器的定义，我们需要对结点指针举行封装，对各种运算符举行重载。
总结：list的迭代器实际上就是对结点指针的封装，通过重载各种运算符，使得结点指针的行为看起来和普通指针一样。比方，对结点指针自增后可以指向下一个结点p = p->next。
①模板参数说明
template<class T, class Ref, class Ptr>
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; // 定义迭代器类型的别名
__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。通过差别的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。
[*]对于普通迭代器，Ref 是 T& ，所以 operator*() 返回节点数据的引用，允许修改数据。
[*]对于常量迭代器，Ref 是 const T& ，所以 operator*() 返回节点数据的常量引用，不允许修改数据。
[*]对于普通迭代器，Ptr 是 T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的指针，允许通过指针修改数据。
[*]对于常量迭代器，Ptr 是 const T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的常量指针，不允许通过指针修改数据。
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②构造函数
//构造函数，接受一个节点指针
__list_iterator(Node* x)
:_node(x)
{}
__list_iterator 的构造函数接受一个指向 ListNode 的指针 x，然后将 _node 成员变量初始化为 x。因此，每个 __list_iterator 对象都包含一个指向 ListNode 的指针 _node。
别的：构造函数的名字必须与类的名字完全雷同，不能使用类型的别名代替构造函数的名字。 上面self(Node* x) 是错的
③迭代器类：拷贝构造、赋值操作、析构函数的说明
[*]拷贝构造函数、赋值操作符和析构函数的必要性
在迭代器类中，拷贝构造函数、赋值操作符和析构函数的实现通常取决于迭代器的成员变量类型。如果迭代器的成员变量是指针（或者其他内置类型），且不需要举行复杂的资源管理，通常可以依赖编译器主动生成的默认版本。
[*]拷贝构造函数：拷贝构造函数的作用是创建一个新的迭代器对象，该对象是另一个迭代器对象的副本。在迭代器中，成员变量是指针（内置类型），默认生成的拷贝构造函数将举行浅拷贝（即直接复制指针的值）。这种浅拷贝在大多数环境下充足，由于迭代器通常只是指向某个容器内的结点，不管理结点的生命周期。
[*]赋值操作符：赋值操作符用于将一个迭代器对象的值赋给另一个迭代器对象。由于迭代器的成员变量是指针，默认生成的赋值操作符也会举行浅拷贝，如许的行为是合适的。
[*]析构函数：析构函数负责清理对象使用的资源。由于迭代器只负责访问和修改链表的结点，而结点的内存管理是由链表（list）负责的，因此迭代器自己不需要释放这些结点的内存。链表的析构函数会处置惩罚结点的释放。因此，迭代器的析构函数可以留给编译器主动生成的默认版本。
[*]拷贝构造函数的应用示例
list<int>::iterator it = lt.begin();
这里的it是通过拷贝构造函数创建的。lt.begin()返回一个迭代器对象，这个迭代器对象指向链表的第一个结点。it通过拷贝构造函数从lt.begin()初始化。由于迭代器内部包含的只是指针（浅拷贝充足），所以默认的拷贝构造函数是实用的。
3. 注意点
[*]链表的结点与迭代器的关系：迭代器仅用于访问和修改链表的结点，不负责管理结点的内存。链表的析构函数会负责释放结点的内存。
[*]return *this与return this：
[*]return *this：返回当前对象的克隆（值），通常用于返回迭代器对象的副本。
[*]return this：返回当前对象的所在（指针），用于返回当前迭代器对象的指针。这在需要直接操尴尬刁难象所在时使用。
[*]**类型别名 **self
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
在迭代器类中，我们大概会定义self类型别名，以便在代码中更简洁地引用当前迭代器的类型。self代表了当前迭代器类的自身类型，如许可以使代码更加清晰和易于维护。
④++运算符和–运算符
前置++
// 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
//++it
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
为什么返回引用？
这里的前置++运算符重载返回的是一个引用，即 self & 。它的作用是使迭代器向前移动到下一个节点，并返回移动后的迭代器对象自身。这种形式的重载通常在使用时会直接对迭代器举行修改，并返回修改后的对象的引用，以便支持链式操作。
前置++运算符不需要任何参数，只需将迭代器移动到下一个位置并返回自身的引用即可。详细来说，它会将迭代器所指向的节点指针 _node 移动到下一个节点 _next，然后返回当前对象自身的引用 (*this)。
后置++
//后置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点，并返回之前的迭代器
//it++
self operator++(int)
{
// 1. 创建一个名为 tmp 的临时迭代器对象，它通过调用 __list_iterator 的拷贝构造函数，用当前迭代器 *this 进行初始化。
self tmp(*this);// 创建一个临时迭代器对象，保存当前迭代器的状态
// 2. 将当前迭代器移动到下一个节点
_node = _node->_next;
// 3. 返回之前的迭代器状态
return *this;
}
后置++为什么有(int)？？？
后置++运算符重载接受一个额外的 int 参数（这里没有实际使用它，只是为了区分前置和后置++），并返回一个值而不是引用。
C++中的后置++运算符必须在参数列表中声明一个int类型的参数，以便与前置++运算符举行区分。这种参数实际上并没有用处，只是为了在编译器中区分前置和后置++运算符的差别。没有参数的后置++运算符将会与前置++运算符具有雷同的参数列表，这会导致编译器无法正确区分它们，从而导致编译错误。
前置–
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
后置–
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
⑤==和!=
bool operator!=(const self& s)
{//_node 是指向当前节点的指针，比较 _node 和 s._node 是否相等，如果不相等返回 true，否则返回 false。
return _node != s._node;
}
bool operator ==(const self& s)
{//s是另一个迭代器对象,
return _node == s._node;
}
⑥*运算符
//这个重载函数的目的是允许通过迭代器访问当前节点的数据。
//Ref：表示解引用运算符返回的类型。
//
Ref operator*()
{
return _node->_data;
//是指向当前节点存储数据的成员变量 _data。通过返回 _data 的引用，允许用户通过
//迭代器解引用（使用 *it）来访问和修改节点中存储的数据。
}
⑦->运算符
//Ptr：表示指针访问运算符返回的类型。
//返回节点数据的地址
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
应用：
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
mylist::list<Date> lt;
Date d1(2023, 10, 11);
Date d2(2024, 6, 13);
lt.push_back(d1);
lt.push_back(d2);
auto it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//cout << (*it)._year <<" "<<(*it)._month<< " "<< (*it)._day<<endl;
cout << it->_year << " " << it->_month << " " << it->_day << endl;
it++;
}
}
[*]`(*it)：
it 是一个迭代器，*it 使用解引用运算符 * 来获取迭代器所指向的 Date 对象。(*it) 是一个 Date 对象的引用。
[*](*it)._year、(*it)._month、(*it)._day：
通过 (*it) 获取的 Date 对象，可以访问其成员变量 _year、_month 和 _day。这三部分分别获取 Date 对象的年、月和日。
也可以用->直接访问成员
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C++ 编译器在处置惩罚 it-> (相当于it.operator->())这个表达式时，会举行以下操作：
[*]起首，it-> 调用 operator->() 方法。这个方法返回一个 Date 对象的指针（Date*）。
[*]其次，返回的 Date* 指针用于访问 Date 对象的成员，好比 it->_year。
为了使代码更加简洁和可读，C++ 编译器允许我们直接使用 it-> 来访问数据成员，而无需显式地举行两次箭头运算。这个处置惩罚方式制止了冗余的箭头操作，使得代码更为直观。
4.list结构体模板
①默认成员函数
[*]构造函数1. 默认构造函数
先构造一个头结点，然后让_next和_prev都指向自己就行了
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// 这个以后会经常用到
void empty_init()
{
//用于创建一个新的链表节点对象，并将 _head 指针指向这个新创建的节点。
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//构造函数
list()
{
empty_init();
}
[*]构造函数2. 用n个雷同的值初始化
list(size_t n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
[*]构造函数3.迭代器区间初始化
//使用迭代器区间初始化
template<class InputIterator>//取名为InputIterator说明可以用任意类型的迭代器构造
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);//复用push_back
first++;
}
}
template<class InputIterator>
[*]目标: 声明一个模板函数，允许使用任意类型的迭代器来初始化 list 对象。
[*]解释: InputIterator 是一个模板参数，表示输入迭代器类型。如许，构造函数可以接受各种支持迭代器接口的类型（如指针、标准库中的迭代器等）。
list(InputIterator first, InputIterator last)
[*]目标: 定义一个构造函数，该构造函数吸收两个迭代器 first 和 last，表示一个迭代器区间。
[*]解释: 这两个迭代器标识了区间的起始位置 first 和结束位置 last。构造函数会从 first 开始，直到 last 之前的位置，依次将区间内的元素插入到 list 中。
构造函数2. 用n个雷同的值初始化 和 构造函数3.迭代器区间初始化 在某些环境下大概会发生辩说
void test_list()
{
mylist::list<int> lt(6,3);
for(auto e:lt)
{
cout<<e<<" ";
}
cout<<endl;
}
当你写下如下代码：
mylist::list<int> lt(6,3);
你盼望使用的是构造函数2，即创建一个包含 6个值 3 的 list。但是，由于 6 和 3 也可以被视为两个迭代器，编译器大概会错误地选择构造函数3（迭代器区间初始化），由于两个整数也可以被视为迭代器范围。此时会导致编译错误或者运行时错误。
为了制止这种辩说，可以为用 n 个雷同的值初始化的构造函数增长一个额外的参数（好比 int 类型的参数），使其更加明白。修改后的构造函数如下：
list(int n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
[*]构造函数4.初始化列表初始化
方法1：迭代器遍历插入
手动遍历初始化列表，通过迭代器逐个插入元素到列表中。实现简单，易于明白，但略显冗长。
list(initializer_list<T> ilt)
{
//使用初始化列表的迭代器进行遍历，从头到尾一个一个元素地插入到列表中。
//push_back 函数会将元素添加到列表的末尾。
empty_init();
initializer_list<T>::iterator it = ilt.begin();
while(it != ilt.end())
{
push_back(*it); // 复用 push_back 函数
it++;
}
}
initializer_list<T> 是 C++11 引入的一种标准库类型，用于支持初始化列表语法。它使得可以用花括号括起来的逗号分隔列表来初始化对象，如数组、容器或其他类。
initializer_list<T> 的概念
initializer_list<T> 是一个模板类，允许你传递一个类型为 T 的常量数组，并通过迭代器遍历该数组的元素。它重要用于让类或函数能够接受一个花括号包围的元素列表。
使用 initializer_list<T>
方法2：范围 for 循环：
使用范围 for 循环遍历初始化列表并插入元素。语法更加简洁，易读性更高。
list(initializer_list<T> ilt)
{
empty_init();
for (auto& e : ilt)
{
push_back(e);
}
//使用范围 for 循环遍历初始化列表中的所有元素，
//并使用 push_back 函数将每个元素添加到列表的末尾。这种方式比迭代器遍历更加简洁和易读。
}
方法3：现代写法：
使用迭代器初始化的构造函数和 std::swap 举行优化。代码简洁高效，但需要对临时对象和 std::swap 的用法有所相识。
list(initializer_list<T> ilt)
{
empty_init();
list<T> tmp(ilt.begin(), ilt.end()); // 复用迭代器初始化的函数，构造出临时对象
std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位节点指针
}
使用已有的迭代器区间初始化的构造函数，创建一个临时 list 对象 tmp。这个临时对象 tmp 会包含初始化列表中的全部元素。
交换当前对象的哨兵节点和临时对象 tmp 的哨兵节点。通过这种交换，当前对象的 list 就会包含初始化列表中的全部元素，而 tmp 的哨兵节点会变为空列表的哨兵节点。当 tmp 被销毁时，它的哨兵节点将指向空列表，从而制止访问非法内存。
[*]拷贝构造函数
传统写法：
//l1(l2);
//拷贝构造(深拷贝) 一个节点一个节点的拷贝
list(list<T>& lt)
{
empty_init();
for (const auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//深拷贝的关键步骤：
//节点复制：
//每次调用 push_back(e) 时，都创建一个新的 ListNode 对象，
//并将 e 的值复制到新节点的 data 成员中。
现代写法：
// 拷贝构造 - 现代写法
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt) {
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); // 迭代器区间构造
std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位指针
}
解释：
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); 这行代码使用迭代器区间 [lt.begin(), lt.end()) 来构造一个临时的 list 对象 tmp。这个临时对象包含了 lt 中的全部元素。
std::swap(_head,tmp._head);这行代码使用 std::swap 函数交换当前对象的哨兵节点 _head 和临时对象 tmp 的哨兵节点 tmp._head。
[*] std::swap 交换两个指针的值，这意味着如今 tmp._head 指向了新创建的哨兵节点，而当前对象的 _head 指向了包含 lt 元素的节点链表。
[*] 这一步是关键，由于如许一来，当前对象就得到了 tmp 中的全部元素，而临时对象 tmp 在出作用域时会被销毁，其原来的哨兵节点会被释放。
[*] 赋值运算符重载函数
//l1=l2
list<T> operator=(list<T>& lt)
{
if(this!=<)
{
clear();
for(const auto&e :lt)
{
push_back(e);
}
}
}
为什么返回类型是 list &的引用？？？
[*]链式调用
返回对当前对象的引用（* this），可以实现链式调用。链式调用允许多个赋值操作连在一起写。例如：
list<int> lt1;
list<int> lt2;
list<int> lt3;
lt1 = lt2 = lt3;
在上面的代码中，lt2 = lt3 返回的是 lt2 的引用，接着 lt1 = lt2 也可以正常工作。这种方式使得代码更简洁和直观。
[*]提高代码效率
返回引用避免了不必要的对象拷贝。在赋值运算符函数中，返回 * this 的引用，而不是返回一个新的对象，可以减少对象拷贝，提升代码的性能和效率。
[*]符合 C++ 的惯例
在 C++ 中，赋值运算符通常返回左值引用，以符合语言习惯和标准库的计划。如许做使得自定义类型的行为与内置类型一致，从而提高代码的可读性和可维护性。
现代写法
同样也是用swap
void swap(list<T>& tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
list<T> operator=(list<T> lt)//不能用引用
{
swap(lt);
return *this;
}
为什么不能传引用？
当我们使用传值时，函数参数 lt 会在函数调用时被复制。这个复制操作会创建一个临时对象（拷贝副本），该对象在函数体内可以安全地操作。传值的利益是：
[*]非常安全性：如果在复制对象时发生非常，原对象不会受到影响，由于赋值操作还没有举行。
[*]自我赋值：通过传值，我们不需要额外检查自我赋值（如 a = a），由于我们在函数体内操作的是拷贝副本。
[*]简洁的实现：传值和使用 swap 技术相联合，使得赋值运算符的实现非常简洁明了。
如果我们传引用，大概会引发一些问题，好比：
[*]非常安全性：传引用时，如果在赋值过程中发生非常，原对象的状态大概会变得不一致或部分修改。
[*]自我赋值检测：需要额外的代码来检测和处置惩罚自我赋值的环境。
[*]析构函数
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
{
it = erase(it);//erase 会返回被删除节点的下一个节点
}
}//erase 会有迭代器失效问题
//析构函数
//注意析构需要把带哨兵位的头结点也要去掉.和清空不一样
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
②迭代器
iterator begin()
{
//return iterator(_head->_next);下面这个也可以，因为可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数？？？
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
//对于带头节点的双向循环链表，_head 节点实际上是链表的“尾部”。
//因为链表的最后一个有效节点的下一个节点是 _head，所以返回 _head 可以表示链表的末尾位置。
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些环境下可以看起来是一样的，但它们的行为是差别的，详细取决于上下文和类型的隐式转换。
/*return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些环境下可以看起来是一样的，但它们的行为是差别的，详细取决于上下文和类型的隐式转换。
[*]return _head->_next
假设 _head->_next 是一个 Node * 类型的指针。如果 iterator 类型的构造函数接受 Node * 类型的参数，并且在返回时能够主动转换，那么 return _head->_next 可以看起来像是在返回一个 iterator 对象。实际上，如果 iterator 的构造函数接受 Node * ，_head->_next 会通过这个构造函数隐式地转换为 iterator 类型。
[*] return iterator(_head->_next)
这是一个显式的构造函数调用，它直接创建一个 iterator 对象，使用 Node * 参数 _head->_next 来初始化它。这里明白地调用了 iterator 的构造函数来创建一个新的 iterator 实例。
③增删查改
//获取第一个数据的内容
T& front()
{
return *begin();//返回第一个数据的引用
}
const T& front() const
{
return *begin(); //返回第一个数据的const引用
}
//获取最后一个数据的内容
T& back()
{
return *(--end());//返回尾结点数据的引用
}
const T& back() const
{
return *(--end()); //返回最后一个有效数据的const引用
}
//头删
void pop_front()
{
//erase(_head->_next);
erase(begin());
}
//尾删
void pop_back()
{
//erase(_head->_prev);
erase(--end());
}
//为何用--end()？？？
//end() 函数：
// end() 函数返回的是指向链表结尾的迭代器，通常是指向哨兵节点（尾后节点）的迭代器。
//--end() 操作：
// end() 返回的迭代器通常指向链表的尾后位置，即哨兵节点的位置。--end() 操作将这个迭代器前移一个位置，
//指向链表中最后一个实际节点的位置。
//头插
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
//尾插
void push_back(const T& x)
{
//insert(end(), x);//复用insert的版本
//画图看就比较清晰了
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev; //head的前一个节点是尾节点，下一个节点是头结点
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
//在pos位置插入数据
// vector insert会导致迭代器失效
// list会不会？不会
iterator insert(iterator pos, const T& x)//返回：可以简单点写，因为隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数
//push_back 就可以复用insert了
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
// head------>prev---->cur--->node1--->node2 向右是next 向左是prev
// newnode
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
//return interator(newnode); 也可以 ，为什么？？？
return newnode;
}
//删除pos位置的数据
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
//. 用于对象，而 -> 用于指针。
//pos 是一个迭代器对象，它不是指针。因此我们使用 . 操作符来访问迭代器对象的成员变量 _node。
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
return next;
}
④其他操作
size:获取有用数据的个数
//长度
size_t size()
{
//遍历统计
size_t sz = 0;
iterator it = begin();
while (it != end())
{
++sz;
++it;
}
return sz;
}
clear：清空链表内容
void clear() {
// 检查链表是否为空，如果为空则直接返回
if (begin() == end()) {
return;
}
//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
iterator it = begin();
while (it != end()) {
// 调用 erase 方法并将 it 更新为被删除节点的下一个节点
it = erase(it);
//erase 会返回被删除节点的下一个节点
}
// 哨兵节点重新指向自己，确保后续插入操作不会出错
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
empty:判断链表是否为空
bool empty() const
{
return begin()==end();
}
swap
swap函数用于交换两个list,list容器当中的成员变量只有指向哨兵位结点的指针,我们将这两个容器当中的哨兵位指针交换即可,
void swap(list<T>& lt)
{
::swap(_head, lt._head);//直接交换两个容器的哨兵位即可,此处用的是全局域std命名空间里面的swap函数
}
resize
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
// 新大小大于当前大小，添加新节点
if (n > size())
{
for (size_t i = size(); i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
// 新大小小于当前大小，删除多余的节点
else if (n < size())
{
iterator it = begin();
size_t pos = 0;
// 遍历到需要删除的位置
while (pos < n && it != end())
{
++it;
++pos;
}
// 从当前位置删除到链表末尾
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
}
5.完整代码展示以及详细解释
#pragma once#include<assert.h>//这节 简单讲了一下使用，然后大部分是模拟实现。//1. 有个地方要有合适的 构造函数//2.迭代器如何实现+1 如何主动跳到下一个节点的？//———————————————————————————————————————————————————以下部分为便于明白团体逻辑框架结构而写的//分为以下几大部分：//节点结构体模板、__list_iterator 结构体模板、list结构体模板（由一个个节点构成）、测试函数。////———————————————————————————————————————————————————以下部分为便于明白团体逻辑框架结构而写的//分为以下几大部分：// 节点结构体模板// __list_iterator 结构体模板// list结构体模板（由一个个节点构成）// 测试函数//起首，我们定义了一个节点结构体模板 ListNode，它包含：//// ListNode* 类型的 _next 和 _prev 指针，分别指向前后节点。// T 类型的 _data，存放节点的数据。// ListNode 的构造函数初始化这些成员。//然后，我们定义了一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器。这个迭代器包含：//// 一个指向当前节点的指针 _node。// 构造函数、前置和后置 ++、-- 运算符重载、解引用运算符、相称和不相称比力运算符等操作。//为了简化代码，__list_iterator 使用了两个 typedef：// 将 ListNode<T> 重命名为 Node。// 将 __list_iterator<T, Ref, Ptr> 重命名为 self。//接下来，我们实现了 list 结构体模板。它包含一个带哨兵位的头结点 _head，类型为 Node* 。通过这个头结点以及迭代器指向的各个节点，形成一个带头的双向循环链表。////在 list 中，我们将 __list_iterator<T, T&, T*> 重命名为 iterator，将 __list_iterator<T, const T&, const T*> 重命名为 const_iterator，//一种是普通迭代器，一种是常量迭代器，以便用户更方便地使用迭代器。////通过这些定义，我们实现了一个功能完整的双向循环链表，并且提供了迭代器接口，使得用户可以方便地遍历和操作链表中的元素。////这个结构通过 ListNode 实现了双向节点连接，通过 __list_iterator 实现了链表的遍历和操作接口，并通过 list 结构体模板实现了团体的双向循环链表功能。测试函数用于验证各部分的功能和接口是否正常运行。//// 声明一个命名空间 mylistnamespace mylist{ // 定义一个模板结构体 ListNode，表示链表的节点 template<class T>//每个模板类或模板函数的定义都需要用 template<class T> 来声明。如许做的缘故原由是为了告诉编译器这个类或函数是一个模板，且它是依赖于一个类型参数 T struct ListNode { // 构造函数，使用默认参数 T() 初始化 _data，并将 _next 和 _prev 初始化为 nullptr ListNode(const T& x = T()) :_next(nullptr) , _prev(nullptr)//记得加上 , , _data(x) {} ListNode<T>* _next;/// 指向下一个节点的指针 ListNode<T>* _prev;// 指向上一个节点的指针 T _data; // 节点存储的数据 }; //ListNode(const T& x = T())必须加上 =T()!!! //默认参数的提供： // 构造函数中的 = T() 表示如果调用者在创建 ListNode 对象时没有提供参数 x，则会使用 T() 这个默认值来初始化 _data 成员变量。 // 机动性： // 这种构造函数提供了更大的机动性。如果调用者提供了参数 x，则会使用提供的值来初始化节点的 _data 成员；如果没有提供参数 x，则会使用 T() 的默认构造函数生成一个默认值来初始化 _data。 // 实用性： // 对于链表节点来说，大概存在需要默认构造的环境，比方默认构造一个空节点或者默认值为特定类型的环境。通过提供默认参数，可以简化在某些场景下节点的创建。 //结构体（struct）？？？ // 是一种自定义数据类型，用于将多个相干的变量组合在一起。结构体可以包含基本数据类型、指针、引用、其他结构体、类等成员。与类（class）的重要区别在于结构体的默认访问控制是公有的（public）， // 而类的默认访问控制是私有的（private）。 //带有构造函数的结构体： // 结构体可以包含构造函数，用于初始化成员变量。函数名就是结构体名 //为什么ListNode<T>* _prev; 要加<T>??? // 模板类 ListNode 是一个通用类型，它可以被实例化为差别的数据类型。加上 <T> 是为了告诉编译器 _next 是一个指向雷同类型的 ListNode 实例的指针。 // 这里，ListNode 是一个模板类，它可以用任何类型的 T 来实例化。比方，你可以有一个 ListNode<int> 用于整数类型，或者一个 ListNode<double> 用于浮点数类型。 // ListNode<int>* intNode; // ListNode<double>* doubleNode; //在模板类的内部，也需要指定详细类型。比方，当定义 _next 指针时，需要明白它指向的是哪种类型的 ListNode，因此使用 ListNode<T>*。如果不加 <T>，编译器将不知道 _next 是指向哪个详细实例化类型的 ListNode。 // 好比： // ListNode<int> node; // node._next = new ListNode<int>(5);// 正确，_next 是指向 ListNode<int> 的指针 // ListNode<double> dnode; // dnode._next = new ListNode<double>(3.14);// 正确，_next 是指向 ListNode<double> 的指针 //定义一个模板结构体 __list_iterator，用于实现链表的迭代器 template<class T, class Ref, class Ptr> struct __list_iterator { typedef ListNode<T> Node; // 定义节点类型的别名 typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;// 定义迭代器类型的别名 //__list_iterator 被定义为一个模板结构体，并且引入了三个模板参数：T, Ref, 和 Ptr。通过差别的类型实例化 Ref 和 Ptr，我们可以区分出普通迭代器和常量迭代器。 Node* _node; // 指向链表节点的指针 //构造函数，接受一个节点指针 __list_iterator(Node* x) :_node(x) {} //__list_iterator 的构造函数接受一个指向 ListNode<T> 的指针 x，然后将 _node 成员变量初始化为 x。因此，每个 __list_iterator<T> 对象都包含一个指向 ListNode<T> 的指针 _node。 //别的：构造函数的名字必须与类的名字完全雷同，不能使用类型的别名代替构造函数的名字。 上面self(Node* x)是错的 // 前置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点。
//++it
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//为什么返回引用 //这里的前置++运算符重载返回的是一个引用，即 self & 。它的作用是使迭代器向前移动到下一个节点，并返回移动后的迭代器对象自身。这种形式的重载通常在使用时会直接对迭代器举行修改，并返回修改后的对象的引用，以便支持链式操作。 //前置++运算符不需要任何参数，只需将迭代器移动到下一个位置并返回自身的引用即可。详细来说，它会将迭代器所指向的节点指针 _node 移动到下一个节点 _next，然后返回当前对象自身的引用 (*this)。 //后置++运算符重载，使迭代器指向下一个节点，并返回之前的迭代器 //it++ self operator++(int) { // 1. 创建一个名为 tmp 的临时迭代器对象，它通过调用 __list_iterator 的拷贝构造函数，用当前迭代器 *this 举行初始化。 self tmp(*this);// 创建一个临时迭代器对象，保存当前迭代器的状态 // 2. 将当前迭代器移动到下一个节点 _node = _node->_next; // 3. 返回之前的迭代器状态 return *this; } //后置++为什么有(int)？？？ //后置++运算符重载接受一个额外的 int 参数（这里没有实际使用它，只是为了区分前置和后置++），并返回一个值而不是引用。 //C++中的后置++运算符必须在参数列表中声明一个int类型的参数，以便与前置++运算符举行区分。这种参数实际上并没有用处，只是为了在编译器中区分前置和后置++运算符的差别。没有参数的后置++运算符将会与前置++运算符具有雷同的参数列表，这会导致编译器无法正确区分它们，从而导致编译错误。 self& operator--() { _node = _node->_prev; return *this; } self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
//这个重载函数的目标是允许通过迭代器访问当前节点的数据。 //Ref：表示解引用运算符返回的类型。 // Ref operator*() { return _node->_data;//是指向当前节点存储数据的成员变量 _data。通过返回 _data 的引用，允许用户通过迭代器解引用（使用 *it）来访问和修改节点中存储的数据。 } //有点难明白 //Ptr：表示指针访问运算符返回的类型。
//返回节点数据的地址
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
//上面俩的解释： //对于普通迭代器，Ref 是 T& ，所以 operator*() 返回节点数据的引用，允许修改数据。 //对于常量迭代器，Ref 是 const T& ，所以 operator*() 返回节点数据的常量引用，不允许修改数据。 //对于普通迭代器，Ptr 是 T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的指针，允许通过指针修改数据。 //对于常量迭代器，Ptr 是 const T* ，所以 operator->() 返回指向节点数据的常量指针，不允许通过指针修改数据。 bool operator!=(const self& s) {//_node 是指向当前节点的指针，比力 _node 和 s._node 是否相称，如果不相称返回 true，否则返回 false。 return _node != s._node; } bool operator ==(const self& s) {//s是另一个迭代器对象, return _node == s._node; } //迭代器为什么不提供析构函数 }; template<class T> class list { public: typedef ListNode<T> Node; /*typedef __list_iterator<T> iterator;*/ typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator; //定义普通迭代器 typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator; //定义常量迭代器 //如许，iterator 和 const_iterator 都使用同一个 __list_iterator 结构体模板，只是通过差别的模板参数实例化，分别实现普通迭代器和常量迭代器的功能。 //第一个 三个参数 T,Ref，Ptr分别就是，T,T&,T*. //第二个 三个参数 T,Ref，Ptr分别就是T,const T&,const T* // 反向迭代器 //typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator; //typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator; //访问 iterator begin() { //return iterator(_head->_next);下面这个也可以，由于可以简单点写，由于隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数？？？ return _head->_next; } iterator end() { return _head; //对于带头节点的双向循环链表，_head 节点实际上是链表的“尾部”。由于链表的末了一个有用节点的下一个节点是 _head，所以返回 _head 可以表示链表的末尾位置。 } /*return _head->_next 和 return iterator(_head->_next) 在某些环境下可以看起来是一样的，但它们的行为是差别的，详细取决于上下文和类型的隐式转换。 1. return _head->_next 假设 _head->_next 是一个 Node * 类型的指针。如果 iterator 类型的构造函数接受 Node * 类型的参数，并且在返回时能够主动转换，那么 return _head->_next 可以看起来像是在返回一个 iterator 对象。实际上，如果 iterator 的构造函数接受 Node * ，_head->_next 会通过这个构造函数隐式地转换为 iterator 类型。 2. return iterator(_head->_next) 这是一个显式的构造函数调用，它直接创建一个 iterator 对象，使用 Node * 参数 _head->_next 来初始化它。这里明白地调用了 iterator 的构造函数来创建一个新的 iterator 实例。*/ const_iterator begin() const { return _head->_next; } const_iterator end() const { return _head; } void empty_init() { //用于创建一个新的链表节点对象，并将 _head 指针指向这个新创建的节点。 _head = new Node; _head->_next = _head; _head->_prev = _head; } //构造函数 list() { empty_init(); } list(size_t n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
list(int n, const T& val = T()) { empty_init(); for (size_t i = 0; i < n; i++) { push_back(val); } } template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{ empty_init(); while (first != last) { push_back(*first); first++; } } list(initializer_list<T> ilt) { //使用初始化列表的迭代器举行遍历，重新到尾一个一个元素地插入到列表中。 //push_back 函数会将元素添加到列表的末尾。 empty_init(); initializer_list<T>::iterator it = ilt.begin(); while (it != ilt.end()) { push_back(*it); // 复用 push_back 函数 it++; } } list(initializer_list<T> ilt) { empty_init(); for (auto& e : ilt) { push_back(e); } //使用范围 for 循环遍历初始化列表中的全部元素， //并使用 push_back 函数将每个元素添加到列表的末尾。这种方式比迭代器遍历更加简洁和易读。 } list(initializer_list<T> ilt) { empty_init(); list<T> tmp(ilt.begin(), ilt.end()); // 复用迭代器初始化的函数，构造出临时对象 std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位节点指针 } //拷贝构造(深拷贝) 一个节点一个节点的拷贝 list(list<T>& lt) { empty_init(); for (const auto& e : lt) { push_back(e); } } //深拷贝的关键步调： // 节点复制： //每次调用 push_back(e) 时，都创建一个新的 ListNode 对象，并将 e 的值复制到新节点的 data 成员中。 // 拷贝构造 - 现代写法 // lt2(lt1) //list(const list<T>& lt) { // empty_init(); // list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); // 迭代器区间构造 // std::swap(_head, tmp._head); // 交换哨兵位指针 //} // 拷贝构造函数，接受一个常量引用链表对象作为参数 //list(const list<T>& lt) //{ // // 初始化新链表为空链表 // empty_init(); // // 获取给定链表的第一个节点的迭代器 // const_iterator it = lt.begin(); // // 遍历给定链表的全部节点 // while (it != lt.end()) // { // // 将节点的数据插入到新链表的末尾 // //这里的end和lt.end()不一样 // insert(end(), *it); // // 移动到下一个节点 // ++it; // } //} //list(list<T>& lt) 是一个非通例的构造函数，接受一个非常量引用的链表对象。如许可以在需要对传入的链表举行修改的环境下使用。 //list(const list<T>& lt) 是一个标准的拷贝构造函数，接受一个常量引用的链表对象。如许可以确保不会对传入的链表举行修改。 //赋值运算符（普通写法） // lt1=lt2 list <T>& operator =(list<T>& lt) { if (this != <) { clear();//先让lt1清空 for (const auto& e : lt) //再让lt2的数据尾插到lt1中 { push_back(e); } } }//为什么返回类型是 list <T>&的引用？？？// 链式调用// 返回对当前对象的引用（* this），可以实现链式调用。链式调用允许多个赋值操作连在一起写。例如：
// list<int> lt1;// list<int> lt2;// list<int> lt3;// lt1 = lt2 = lt3;// 在上面的代码中，lt2 = lt3 返回的是 lt2 的引用，接着 lt1 = lt2 也可以正常工作。这种方式使得代码更简洁和直观。// 提高代码效率// 返回引用避免了不必要的对象拷贝。在赋值运算符函数中，返回 * this 的引用，而不是返回一个新的对象，可以减少对象拷贝，提升代码的性能和效率。
// 符合 C++ 的惯例// 在 C++ 中，赋值运算符通常返回左值引用，以符合语言习惯和标准库的计划。如许做使得自定义类型的行为与内置类型一致，从而提高代码的可读性和可维护性。 //赋值运算符（现代写法） //list& operator=(list lt) // （也可以不写模板参数）也可以如许写，但仅限在类内里， 类型的时间就不行 void swap(list<T>& tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);
}
list<T> operator=(list<T> lt)//不能用引用
{
swap(lt);
return *this;
}
void clear() {
// 检查链表是否为空，如果为空则直接返回
if (begin() == end()) {
return;
}
//begin() 和 end() 方法是属于包含这些方法的类的成员函数，它们在不传递参数的情况下会被假定为作用于当前对象（即 this 指针指向的对象）。
iterator it = begin();
while (it != end()) {
// 调用 erase 方法并将 it 更新为被删除节点的下一个节点
it = erase(it);
//erase 会返回被删除节点的下一个节点
}
// 哨兵节点重新指向自己，确保后续插入操作不会出错
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
//erase 会有迭代器失效问题 //析构函数 //注意析构需要把带哨兵位的头结点也要去掉.和清空不一样 ~list() { clear(); delete _head; _head = nullptr; } void pop_front() { //erase(_head->_next); erase(begin()); } void pop_back() { //erase(_head->_prev); erase(--end()); } //为何用--end()？？？ //end() 函数： // end() 函数返回的是指向链表结尾的迭代器，通常是指向哨兵节点（尾后节点）的迭代器。 //--end() 操作： // end() 返回的迭代器通常指向链表的尾后位置，即哨兵节点的位置。--end() 操作将这个迭代器前移一个位置，指向链表中末了一个实际节点的位置。 void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); } void push_back(const T& x) { //insert(end(), x);//复用insert的版本 //画图看就比力清晰了 Node* newnode = new Node(x); Node* tail = _head->_prev; //head的前一个节点是尾节点，下一个节点是头结点 tail->_next = newnode; newnode->_prev = tail; newnode->_next = _head; _head->_prev = newnode; } // vector insert会导致迭代器失效 // list会不会？不会 iterator insert(iterator pos, const T& x)//返回：可以简单点写，由于隐式类型转换， 迭代器是单参数的构造函数 //push_back 就可以复用insert了 { Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; Node* newnode = new Node(x); // head------>prev---->cur--->node1--->node2 向右是next 向左是prev // newnode prev->_next = newnode; newnode->_prev = prev; newnode->_next = cur; cur->_prev = newnode; //return interator(newnode); 也可以 ，为什么？？？ return newnode; } iterator erase(iterator pos) { Node* cur = pos._node; //. 用于对象，而 -> 用于指针。 //pos 是一个迭代器对象，它不是指针。因此我们使用 . 操作符来访问迭代器对象的成员变量 _node。 Node* prev = cur->_prev; Node* next = cur->_next; prev->_next = next; next->_prev = prev; delete cur; return next; } //补充 size_t size() { //遍历统计 size_t sz = 0; iterator it = begin(); while (it != end()) { ++sz; ++it; } return sz; } void resize(size_t n, const T& val = T())
{
// 新大小大于当前大小，添加新节点
if (n > size())
{
for (size_t i = size(); i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
// 新大小小于当前大小，删除多余的节点
else if (n < size())
{
iterator it = begin();
size_t pos = 0;
// 遍历到需要删除的位置
while (pos < n && it != end())
{
++it;
++pos;
}
// 从当前位置删除到链表末尾
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
}
private: Node* _head; //，__list_iterator 结构体模板内的 typedef 定义了一些别名（alias），这些别名在 list 结构体模板中得以继续使用是由于它们是 __list_iterator 类型的一部分。当 list 使用 __list_iterator 时，这些别名也随之可用 }; //这种环境下就需要const迭代器，这是很常见的现象。 //const迭代器：自己可以修改所以不是const对象（需要it++） //指向的内容不能修改 void print_list(const list<int>& lt) { list<int>::const_iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } void test_list1() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); list<int >::iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { *it += 3; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; } void test_list2() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; //1 2 3 4 lt.pop_back(); lt.pop_front(); lt.push_front(99); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; //2 3 99 lt.clear(); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; } void test_list3() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); list<int>::iterator it = lt.begin();
lt.insert(it, 985); //插入完后it仍然指向1 for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl;//985 1 2 3 4 ++it; //it指向2,在2前插入211 lt.insert(it, 211); for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl;//985 1 211 2 3 4 } void test_list4() { list<int> lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); list<int>::iterator it = lt.begin();
it = lt.insert(it, 985); //由于it返回的是新插入的节点的迭代器，所以it指向第一个元素985 for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl;//985 1 2 3 4 ++it; //it指向1,在1前插入211 lt.insert(it, 211); // it仍然指向1 //it=lt.insert(it, 211); //it指向211 for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl;//985 1 211 2 3 4 } //讲授拷贝构造 //默认的浅拷贝 会析构两次 出现问题 void test_list5() { //list<int> lt; //lt.push_back(1); //lt.push_back(2); //lt.push_back(3); //lt.push_back(4); list<int> copy(lt); //for (auto e : copy) //{ // cout << e << " "; //} } void test_list6() { }} https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/166fa866e72c5f1bdbad495cd8628dfe.png
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