list容器

带头结点的双向循环链表

list操作

list容器的概念及其操作

构造和销毁

 list<int>L1;list<int>L2(10, 5);vector<int>v{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };list<int>L3(v.begin(), v.end());list<int>L4(L3);

元素访问

cout << L3.front() << endl;
cout << L2.back() << endl;

容量

元素修改

list<int>L;
L.push_back(1);
L.push_back(2);
L.push_back(3);
L.push_back(4);cout << L.size() << endl;
L.push_front(0);
cout << L.front() << endl;L.pop_front();
cout << L.front() << endl;L.pop_back();
cout << L.back() << endl;//查找元素
auto it = find(L.begin(), L.end(), 2);
//插入元素1,2,3
if (it != L.end())L.insert(it, 5);L.erase(it);

迭代器

auto it = L2.begin();while (it != L2.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto& e : L3){cout << e << " ";}cout << endl;cout << L3.front() << endl;cout << L2.back() << endl;auto rit = L4.rbegin();while (rit != L4.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;

一般容器遍历的时候都是左闭右开的区间
一般begin()都在要访问元素的第一个位置，而end()则是最后一个元素向后一个的位置，对于list而言也就是头结点。而逆向打印时，迭代器位置正好反过来，在当前位置时，打印前一个结点。

list 特殊操作

    list<int>L{ 9, 1, 2, 2, 3, 4, 2, 6, 8 };L.sort();//相邻重复的元素才会被删除//所以使用时必须保证list有序L.unique();L.reverse();

迭代器失效

//List中迭代器失效的问题---迭代器指向的结点不存在
void TestListIterator()
{list<int>L{ 1, 2, 3, 4 };auto it = L.begin();//删除之后it已经不存在了//所以使用迭代器时，一但有删除元素要小心L.erase(it);//解决失效问题//重新赋值itit = L.begin();while (it!=L.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

以上的应用只给出了一部分，具体上面有个链接，专门讲解list的应用，本文重点在模拟实现list的一些相关操作

模拟实现list

我们要模拟实现list应用中的几个模块

list结构定义

list是一个带头结点的双向循环链表，所以我们要有一个头结点的指针指向这个链表，因为在构造中，我们不管是什么构造都需要先创建头结点，所以我们将创建头结点封装成一个成员函数，提高代码复用性。
双向循环链表初始化就是头结点的下个结点指向自己，上一个结点也指向自己
至于迭代器问题，我们稍后再来进行模拟

定义结点类型

// list: 带头结点双向循环链表
template<class T>
struct ListNode
{ListNode(const T& data = T()): _pNext(nullptr), _pPre(nullptr), _data(data){}ListNode<T>* _pNext;ListNode<T>* _pPre;T _data;
};

class list{typedef ListNode<T> Node;public:typedef list_iterator<T> iterator;typedef list_reverse_iterator<iterator, T> reverse_iterator;private:void CreateHead(){_pHead = new Node;_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;}protected:Node* _pHead;};

构造与析构

首先是默认构造，默认构造只需要创建出头结点，即可。

list(){CreateHead();}

有参构造，有两个参数，一个是创建多少个结点，第二个是每个结点的值。随后先创建头结点，然后进行尾插，具体实现将放在push_back函数中，提高代码复用性

list(int n, const T& data ){CreateHead();for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(data);}}

区间构造，我们需要用迭代器，因为给出的区间不一定就是list容器的区间，有可能是其他容器的区间，所以我们要使用类模板，然后先创建头结点，然后当first没有走到末尾也就是last时，不断的尾插*first里的元素，然后first++,直到给所有元素赋完值

template<class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{CreateHead();while (first != last){push_back(*first);++first;}
}

拷贝构造，传进行类类型对象的引用，先创建头结点，头结点不能动，用临时变量pCur指上来，当pCur没有再次指向头结点时，也就是没有走完一圈，我们不断的尾插给进来对象的数据,每插一个pCur往后走

list(const list<T>& L)
{CreateHead();Node* pCur = L._pHead->_pNext;    //从第一个元素走while (pCur != L._pHead){push_back(pCur->_data);pCur = pCur->_pNext;}
}

赋值操作符重载，还是传进来类类型对象的引用，首先看是不是自己给自己赋值，如果不是，我们先用clear()函数清除所有元素(后面会实现clear()函数)，然后再重复拷贝构造里面的操作，最后返回*this即可

//L1=L2;
list<T>& operator=(const list<T>& s)
{if (this != &s){clear();          //先清空Node* pCur = L._pHead;while (pCur != _pHead){push_back(pCur->_data);pCur = pCur->_pNext;}}return *this;
}

析构函数，我们先用clear()函数释放掉所有元素，但是头结点还在，所以我们再把头结点释放即可。

~list()
{clear();   delete[]_pHead;
}

元素访问

这里的访问操作，思想很简单，返回第一个元素值，就是头结点的下一个结点的值，最后一个元素的值，就是头结点上一个元素的值。

 T& front(){return _pHead->_pNext->_data;}const T& front()const{return _pHead->_pNext->_data;}T& back(){return _pHead->_pPre->_data;}const T& back()const{return _pHead->_pPre->_data;}

容量

返回当前容器中有效元素个数，我们定义一个临时变量来记录有效元素个数，遍历一遍整个链表，每遍历一个元素，个数就+1。

size_t size()const
{size_t count = 0;Node* pCur = _pHead->_pNext;while (pCur != _pHead){++count;pCur = pCur->_pNext;}return count;
}

判空操作就是当头结点的下一个结点指向自己就为空

size_t empty()const
{return _pHead->_pNext == _pHead;
}

改变容量的操作，我们要传进来新容量，还有如果新容量大于旧容量，我们要对扩容的元素就是值填充，填充元素的值我们也要给出来，如果没有给我们就给出一个默认值。
当新容量大于旧容量时，就让变量i从旧容量的末尾开始走，走到新容量的末尾，然后不断的尾插我们给进来的data
当新容量小于旧容量时，就让变量i从新容量开始走，走到旧容量的位置，不断的pop_back()尾删元素即可。

void resize(size_t newsize, const T& data = T())
{size_t oldsize = size();if (newsize > oldsize){// 节点增多for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i)push_back(data);}else{// 节点减少// oldsize:10   newsize:5for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i)pop_back();}
}

元素修改

我们刚才不断的使用到了push_back这个函数，我们的尾插函数只需要不断的往尾部insert数据就行
insert()我们稍后实现

void push_back(const T& data)
{insert(end(), data);
}

pop_back()我们只需要把尾部元素删除掉，就是end()的前一个位置

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

头插，在begin()的位置insert数据data就行

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

头删，就是删除begin()位置的元素就行

void pop_front()
{erase(begin());
}

我们之前相当于一直在推卸责任，不断的把具体实现功能往后推，现在终于要实现具体的功能

insert函数返回迭代器，在pos位置，插入T类型的数据data。

我们插入数据，对于list而言也就是插入一个结点，所以我们要先创建一个结点
新结点的前一个结点指向插入位置的前一个结点
新结点下一个结点指向当前插入位置的结点
新界点前一个结点的下一个结点指向新结点
当前位置的结点的前一个结点指向新结点
返回迭代器类型的新结点

iterator insert(iterator pos, const T& data)
{Node* pNewNode = new Node(data);//链表为空删不了Node* pCur = pos._pCur;pNewNode->_pPre = pCur->_pPre;pNewNode->_pNext = pCur;pNewNode->_pPre->_pNext = pNewNode;pCur->_pPre = pNewNode;return iterator(pNewNode);
}

iterator erase(iterator pos){Node* pDelNode = pos._pCur;if (pDelNode == _pHead)return end();Node* pRet = pDelNode->_pNext;//保存删除结点的下一个，用于返回pDelNode->_pPre->_pNext = pDelNode->_pNext;pDelNode->_pNext->_pPre = pDelNode->_pPre;delete pDelNode;return iterator(pRet);}

清除，就是一个一个把有效元素删除，用头删法就行，当pCur没有指向头结点时，代表还没有结束
不断的让头结点指向pCur的下一个结点，然后删除pCur,再让pCur指向头结点的下一个结点

void clear()
{Node* pCur = _pHead->_pNext;// 头删法// []-->1-->2-->3...while (pCur != _pHead){_pHead->_pNext = pCur->_pNext;delete pCur;pCur = _pHead->_pNext;}_pHead->_pNext = _pHead;_pHead->_pPre = _pHead;
}

交换函数，此我们要交换两个链表，我们只需要调用库函数swap，将两个链表的头指针传进去即可。

void Swap(list<T>& L)
{swap(_pHead, L._pHead);
}

迭代器

迭代器的本身就是一个指针
我们可以看到我们最重要的insert()函数和erase()函数都需要用到迭代器来进行实现，而list的迭代器并非像vector那样，一个简单的指针就可以，如果是原生态指针，不能取到下一个结点。所以我们需将结点类型的指针重新封装

迭代器如果要当成指针的方式进行应用，我们必须在迭代器中提供如下的方法，让它具备类似于指针的特性

迭代器构造
移动迭代器(++/–)
两个迭代器之间要可以进行比较(!=/==)
重载*运算符和->运算符

// list迭代器：将节点类型的指针重新封装template<class T>struct list_iterator{typedef ListNode<T> Node;typedef list_iterator<T> Self;public:list_iterator(Node* pCur): _pCur(pCur){}// 按照指针的方式进行应用T& operator*(){//返回数据本身return _pCur->_data;}T* operator->(){//返回数据的地址return &(_pCur->_data);}// 3. 移动Self& operator++(){_pCur = _pCur->_pNext;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);_pCur = _pCur->_pNext;return temp;}Self& operator--(){_pCur = _pCur->_pPre;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);_pCur = _pCur->_pPre;return temp;}// 4. 比较bool operator!=(const Self& s){return _pCur != s._pCur;}bool operator==(const Self& s){return _pCur == s._pCur;}Node* _pCur;};

总结:
如何给一个类定义迭代器：
分析：该类的迭代器是原生态的指针还是需要对指针进行封装
取决于当前的数据结构（看是顺序的结构还是其他的结构，顺序结构可以是原生态的指针，链式或者树形的迭代器需要进行封装）

1.结合该类的数据结构，定义迭代器类（封装指针）
2.将迭代器与该类进行结合：在容器类中--->typedef 迭代器类型 iterator
3.容器类中提供：begin()和end()

反向迭代器(了解)

template<class Iterator, class T>struct list_reverse_iterator{typedef list_reverse_iterator<Iterator, T> Self;public:list_reverse_iterator(Iterator it): _it(it){}T& operator*(){Iterator temp = _it;--temp;return *temp;}T* operator->(){return &(operator*());}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);_it--;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);_it++;return temp;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}bool operator==(const Self& s){return _it == s._it;}Iterator _it;};

测试

#include<vector>
void TestList1()
{bite::list<int>L1;bite::list<int>L2(10, 5);vector<int>v{ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };bite::list<int>L3(v.begin(),v.end());bite::list<int>L4(L3);auto it = L2.begin();while (it != L2.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

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