本文介紹了list的常用介面的使用，并對其進行了模擬實作，包括list迭代器的實作，

目錄

一、list的介紹

二、list的常用介面的使用

1. list的構造

2. list iterator的使用

3.list capacity的使用

4.list element access

5.list modifiers

6. list的迭代器失效

三、list與vector的對比

四、list的模擬實作

一、list的介紹

list 容器，又稱雙向鏈表容器，即該容器的底層是以雙向鏈表的形式實作的，這意味著，list 容器中的元素可以分散存盤在記憶體空間里，而不是必須存盤在一整塊連續的記憶體空間中，結構如圖，

list是可以在常數范圍內在任意位置進行插入和洗掉的序列式容器，并且該容器可以前后雙向迭代，

list與forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是單鏈表，只能朝前迭代，已讓其更簡單高效，

與其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置進行插入、移除元素的執行效率更好，最大的缺陷是不支持任意位置的隨機訪問，必須從已知的位置(比如頭部或者尾部)迭代到該位置，在這段位置上迭代需要線性的時間；list還需要一些額外的空間，以保存每個節點的相關聯資訊，

二、list的常用介面的使用

1. list的構造

#include <iostream>
#include <list>

int main ()
{
    std::list<int> a; // 構造空的a
    std::list<int> b (4,1); // b中放4個值為100的元素

    std::list<int> c (b.begin(), b.end()); // 用b的[begin(), end()）左閉右開的區間構造c

    std::list<int> d (c); // 用c拷貝構造d

    // 以陣列為迭代器區間構造e
    int array[] = {16,2,77,29};
    std::list<int> e (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) );

    // 用迭代器方式列印e中的元素
    for(std::list<int>::iterator it = e.begin(); it != e.end(); it++)
        std::cout << *it << " ";
    std::cout<<endl;

    // C++11范圍for的方式遍歷
    for(auto& e : e)
        std::cout<< e << " ";
    std::cout<<endl;

    return 0;
}

2. list iterator的使用

begin與end為正向迭代器，對迭代器執行++操作，迭代器向后移動，
rbegin(end)與rend(begin)為反向迭代器，對迭代器執行++操作，迭代器向前移動，

#include <iostream>
using namespace std;
#include <list>

void print_list(const list<int>& l)
{
    // 注意這里呼叫的是list的 begin() const，回傳list的const_iterator物件
    for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 編譯不通過
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    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list中的元素
    for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;

    // 使用反向迭代器逆向列印list中的元素
    for (list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}

3.list capacity的使用

4.list element access

5.list modifiers

6. list的迭代器失效

此處可將迭代器暫時理解成類似于指標，迭代器失效即迭代器所指向的節點的無效，即該節點被洗掉了，因為list的底層結構為帶頭結點的雙向回圈鏈表，因此在list中進行插入時是不會導致list的迭代器失效的，只有在洗掉時才會失效，并且失效的只是指向被洗掉節點的迭代器，其他迭代器不會受到影響，

三、list與vector的對比

四、list的模擬實作

list的模擬實作十分有趣，這里需要注意，list本身和list的節點是不同的結構，所以需要分開設計，成員都是只需淺拷貝，所以拷貝構造，析構 ，多載 = 都可以使用默認，

list iterator也需要單獨設計，因為原生指標已經無法滿足迭代器需求，所以需要封裝，讓它像一個指標一樣完成訪問操作，

通過template <class T, class Ref, class Ptr>區別T&，*T，

#include <iostream>
#include <list>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;

namespace Zht
{
  template <class T>
  
  struct _list_node     //list本身和list的節點是不同的結構，所以需要分開設計，這里是list節點的結構
  {
      T val;              //資料
      _list_node<T>* _next;       //下一個節點指標
      _list_node<T>* _prev;       //上一個
      
      _list_node(const T& val = T())      //構造節點
        :val(val)                         //傳的參
        ,_prev(nullptr)
        ,_next(nullptr)
      {
          
      }
  };

  template <class T, class Ref, class Ptr>
  struct _list_iterator 
  {
    typedef _list_node<T> node;
    typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;

    node* _pnode;      //迭代器本質上是指標

    _list_iterator(node* pnode)     //建構式
      :_pnode(pnode)
    {
    }

    //這里，成員都是只需淺拷貝，所以拷貝構造，析構 ，多載 = 都可以使用默認
   
    Ref operator*()       //多載*,通過Ref靈活的調整const和普通，
    {
      return _pnode->val;
    }

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

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

    self& operator++()            //++就是指向下一個節點
    {
      _pnode = _pnode->_next;

      return *this;
    }

    self operator++(int)          //C++規定后綴呼叫需要有一個int型引數作為區分前綴與后綴呼叫的區別
    {
      self tmp (*this);
      ++*this;
      return tmp;                 //*this++后++
    }

    self& operator--()
    {
      _pnode = _pnode->_prev;

      return *this;
    }

    self operator--(int)
    {
      self tmp (*this);
      --*this;
      return tmp;
    }

    Ptr operator->()
    {
      return &(operator*());      
    }
  };

  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;


      list()      //建構式，構造哨兵位
      {
          _head = new node;           //開一個節點
          _head->_next = _head;       //初始化節點
          _head->_prev = _head;
      }

      template <class Iterator>
      list(Iterator first, Iterator last)
      {
        _head = new node;
        _head->_next = _head;
        _head->_prev = _head;

        while(first != last)
        {
          push_back(*first);
          first++;
        }
      }

      list(const list<T>& It)
      {
        _head = new node;                   //構造哨兵節點
        _head->_next = _head;     
        _head->_prev = _head;

        for(const auto& e : It)             //逐個尾插
        {
          push_back(e);
        }
      }

      list<T>& operator=(list<T> It)
      {
        swap(_head, It._head);

        return *this;
      }

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

      iterator begin()
      {
        return iterator(_head->_next);
      }

      const_iterator begin() const            //呼叫const的迭代器，回傳一個用_head->next構造的迭代器物件
      {
        return const_iterator(_head->_next); 
      }

      iterator end()                          
      {
        return iterator(_head);
      }

      const_iterator end() const 
      {
        return const_iterator(_head);
      }

      void push_back(const T& x)        //只有哨兵位的也可以通用
      {
         /* node* newnode = new node(x);    //創建新節點
          node* tail = _head->_prev;      //當前的最后一個節點

          tail->_next = newnode;
          newnode->_next = _head;
          newnode->_prev = tail;
          _head->_prev = newnode;*/

        insert(iterator(end()), x);     //前一個就是尾
      }
      
      void push_front(const T& x)
      {
        insert(iterator(begin),x);
      }

      void pop_back()
      {
        erase(iterator(--end()));
      }

      void pop_front()
      {
        erase(iterator(begin()));
      }
      
      iterator insert(iterator pos, const T& val)       //pos位置前插入
      {
        node* newnode = new node(val);
        node* tail = pos._pnode;

        newnode->_next = tail;
        newnode->_prev = tail->_prev;
        newnode->_prev->_next = newnode;              //還要讓前一個指向自己
        pos._pnode->_prev = newnode;

        return iterator(newnode);                     //需要回傳迭代器；
      }

      iterator erase(iterator pos)    //洗掉pos位置        
      {
        assert(pos._pnode);
        assert(pos != end());

        node* tail = pos._pnode;
        node* ret = tail->_next;
        tail->_prev->_next = tail->_next;
        tail->_next->_prev = tail->_prev;

        delete tail;

        return iterator(ret);       //回傳下一個
      }

      bool empty()
      {
        return begin() == end();
      }

      size_t size()
      {
        size_t sz = 0;
        iterator it = begin();

        while(it != end())
        {
          sz++;
          it++;
        }

        return sz;
      }

      void clear()
      {
        iterator it = begin();

        while(it != end())
        {
          erase(it);
          it++;
        }
      }

      

  private:
      node* _head;
  };
  
  void PrintList(const list<int>& It)
  {
    list<int>::const_iterator it = It.begin();

    while(it != It.end())
    {
      cout << *it <<endl;
      ++it;
    }
    
    cout << endl;
  }

  void test1()
  {
    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 += 1;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

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

		PrintList(lt);
  }
}