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)
2.基本用法
①list构造方式
- 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
- 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;
- }
③容量
- list<int> v1;
- if (v1.empty())
- {
- cout << "空";
- }
- cout << endl;
- list<int> v2{ 1,2,3,4 };
- cout << v2.size();
④元素访问
- 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;
- }
⑤插入和删除
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[0]));
- // 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);
- }
insert/erase
- void TestList4()
- {
- int array1[] = { 1, 2, 3 };
- list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
- // 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);
- }
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;
- }
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
- };
- 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
-
- };
- 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
- };
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
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。
②构造函数
- //构造函数，接受一个节点指针
- __list_iterator(Node* x)
- :_node(x)
- {}
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。
- list<int>::iterator it = lt.begin();
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。
- typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
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;
- }
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++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;
- }
- 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;
- }
- 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 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
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
先构造一个头结点，然后让_next和_prev都指向自己就行了
- // 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();
- }
- list(size_t n, const T& val = T())
- {
- empty_init();
- for (size_t i = 0; i < n; i++)
- {
- push_back(val);
- }
- }
- //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;
- }
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);
- }
- }
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> 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。
- }
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
- }
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。
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。
- // 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
- }
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);
- }
- }
- }
- 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;
- 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。
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。
- 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
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;
- }
- 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;
- }
- bool empty() const
- {
- return begin()==end();
- }
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
- }
- 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() { }}
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