这篇小编将以SGI版的list为例进行模拟实现。

一.主体框架

二.具体实现

（一）.节点node

（二）.主体list（封装，函数）

①对节点封装

②构造函数、拷贝构造函数

③析构函数

④头插头删push/pop_front、尾插尾删push/pop_back

⑤定向插入insert

⑥定向删除erase

⑦赋值

⑧长度size与扩容resize

⑨swap

⑩其他函数empty/front/back/begin/end/rbegin/rend

（三）.迭代器iterator

（四）.反向迭代器reverse_iterator

三.完整代码

一.主体框架

这里小编做了一张图，它足以表明list的大致框架：

先有框架再来一点点具体去了解~

二.具体实现

（一）.节点node

对于节点node而言，我们可以按照c语言中的双向链表节点结构进行创建。

首先node设为一种类，由于list属于泛型编程，我们不知道链表数据类型，因此使用template<class T>将node变成泛型类。内部参数分别是node* next，node* prev，T value。

大致结构如下：

template<class T>
class list_node
{
public:list_node(T _value = T())//构造函数，使用匿名对象作为缺省:value(_value),next(nullptr),prev(nullptr){}T value;//节点数据list_node* next;//下一个节点list_node* prev;//上一个节点
};

通过代码我们可以发现，在结构上list_node与c语言的结构体链表节点基本无异。

但是C++特性赋予了链表节点泛型编程的强大功能。

（二）.主体list（封装，函数）

当我们使用list模板时，不可能自己一个个创建节点，再将之连接，否则就与c语言无异了。

因此，需要对节点进一步封装并加上与之配套的函数。由此我们需要创建list类。

①对节点封装

其实这很简单，我们只需要在list类内部定义一个node*成员变量作为哨兵位头节点,即node* head。换句话说，其实list内部成员就是链表的头节点。

当我们需要操作链表时，从头节点开始即可。

②构造函数、拷贝构造函数

默认情况下，我们只需要一个头节点即可，即next、prev都指向自己。

如图所示：

typedef list_node<T> Node;
void list_init()//成员函数中不免要使用list初始化，不妨专门定义一个这样的函数
{head = new Node;head->next = head;head->prev = head;
}
List()
{list_init();
}

当然list构造函数也应该支持按数量和类型构造：

list(int n, const T& value = T())
{list_init();for (int i = 0; i < n; ++i)push_back(value);//后文会有实现
}

除此之外我们发现,官方list还支持按照迭代器的方式构造：

在这里我们可以专门定义一个模板用于表示迭代器类型，这样不管何种迭代器都可以进行构造：

template<class InputIterator>
List(InputIterator start, InputIterator end)
{list_init();while (start != end){push_back(*start);start++;}
}

需要注意，list的拷贝构造函数应该是深拷贝

List(const Node& list)
{Node tmp(list.begin(), list.end());//使用上述构造函数swap(tmp);//专门定义一个函数用于交换两个list头节点即可
}

③析构函数

对于析构函数而言，最重要的是清空链表节点，以防内存泄漏。

~list()
{Node* cur = head->next;while (cur != head){head->next = cur->next;delete cur;cur = head->next;}head->next = head->prev = head;//将链表闭环delete head;head = nullptr;
}

④头插头删push/pop_front、尾插尾删push/pop_back

这里的实现思路与普通的带头双向链表无异，具体可以参考这篇博客：带头双向循环链表基础知识归纳

⑤定向插入insert

首先看一下官方定义：

我们可知，insert是在选择的迭代器前插入数据，且返回值是插入的第一个元素的迭代器。

那么实现方式就出来了，在pos位置之前插入一个元素即可：

iterator insert(iterator pos, const T& val)
{Node* pNewNode = new Node(val);Node* pCur = pos.node;pNewNode->prev = pCur->prev;pNewNode->next = pCur;pNewNode->prev->next = pNewNode;pCur->prev = pNewNode;return iterator(pNewNode);
}

当然，批量化插入也可以实现，只需要按所需插入数量while循环调用insert即可，注意返回值是第一次插入的数据的迭代器。

对于参数为迭代器的insert函数只需要从头到尾遍历一遍参数迭代器，将之插入pos之前即可。

⑥定向删除erase

从官方定义中我们知道，erase会删除position所代表的迭代器或从first迭代器开始直到last（last不删），返回值是被删除元素的下一个位置的迭代器。

实现方式很简单，我们只需要把pos之前与之后的节点相连即可：

iterator erase(iterator pos)
{Node* pDel = pos.node;Node* pRet = pDel->next;pDel->prev->next = pDel->next;pDel->next->prev = pDel->prev;delete pDel;return iterator(pRet);
}

对于参数为迭代器的同理，只需要把first之前节点与last节点相连，清空原先first与last之间节点，返回last节点。

⑦赋值

对于赋值而言，本质是深拷贝，因此，直接在传参时调用拷贝构造深拷贝即可。

Node& operator=(Node l)//参数是实参的拷贝构造
{swap(l);//调用list成员函数swapreturn *this;
}

⑧长度size与扩容resize

size的实现与c中一样，遍历链表即可。

size_t size()const
{Node* cur = head->next;size_t count = 0;while (cur != head){count++;cur = cur->next;}return count;
}

扩容需要判断是增容还是缩容。增容push_back，缩容pop_back。

void resize(size_t newsize, const T& data = T())
{size_t oldsize = size();//成员函数sizeif (newsize <= oldsize)//缩容{while (newsize < oldsize){pop_back();oldsize--;}}else//扩容{while (oldsize < newsize){push_back(data);oldsize++;}}
}

⑨swap

对于swap函数而言直接交换两个list的头节点指针即可。

void swap(Node& list)
{std::swap(head, list.head);
}

⑩其他函数empty/front/back/begin/end/rbegin/rend

这一部分比较简单，直接看下文完整代码即可。

（三）.迭代器iterator

对于正向迭代器而言，其使用了类模板而不是单纯使用一个指针实现。

具体原因可以参考这篇博客：为什么STL中List的实现其迭代器iterator是类模板？

当我们在实现迭代器的时候，需要时刻记得它在表面上看是一个链表节点的指针。因此，其内部一定有一个指向链表节点的指针，还需要支持所有与指针有关的操作：

template<class T, class Ref, class Ptr>
class list_iterator {typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;public://用于reverse_iteratortypedef Ref Ref;typedef Ptr Ptr;typedef T T;public:list_iterator(Node* _node):node(_node){}//支持const_iterator接收iteratorlist_iterator(const iterator& it): node(it.node){}Ref operator*() {return node->value;}Ptr operator->() {return &(node->value);}bool operator==(const Self& it) const{return node == it.node;}bool operator!=(const Self& it) const{return node != it.node;}Self operator++() {node = node->next;return *this;}Self operator++(int) {iterator tmp(node);node = node->next;return tmp;}Self operator--() {node = node->prev;return *this;}Self operator--(int) {iterator tmp(node);node = node->prev;return tmp;}Node* node;
};

当然，小编在这里利用拷贝构造函数实现了由普通iterator隐式类型转化成const_iterator。

具体原理在此：STL中list如何实现普通迭代器隐式类型转换成const迭代器

（四）.反向迭代器reverse_iterator

SGI版的list对反向迭代器的实现非常巧妙，所谓反向迭代器就是正向的倒序，那么我们可以在内部封装一个正向迭代器，反向++就是正向--，反向--就是正向++。

template<class Iterator>
class _reverse_iterator
{//typename用于明确这是类型名，否则编译器会将之与类成员混淆，//因为类成员也使用::作用域符访问typedef typename Iterator::Ref Ref;typedef typename Iterator::Ptr Ptr;typedef typename Iterator::T T;typedef _reverse_iterator<Iterator> Self;typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef _reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
public:_reverse_iterator(const iterator& it):_it(it){}//支持const_reverse_iterator接收reverse_iterator_reverse_iterator(const reverse_iterator& rit): _it(rit._it){}Self operator++(){_it--;return *this;}Self operator--(){_it++;return *this;}Ref operator*() {iterator tmp = _it;tmp--;return *tmp;}Ref operator->(){iterator tmp = _it;tmp--;return &(*tmp);}bool operator==(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}
private:Iterator _it;//内部封装了一个正向迭代器
};

当然，const_reverse_iterator接收普通反向迭代器也是通过拷贝构造函数实现，其参数是一个普通反向迭代器。本质还是调用正向迭代器的拷贝构造。

三.完整代码

看在小编如此用心的份上，点赞支持一下吧

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②构造函数、拷贝构造函数

③析构函数

④头插头删push/pop_front、尾插尾删push/pop_back

⑤定向插入insert

⑥定向删除erase

⑦赋值

⑧长度size与扩容resize

⑨swap

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