有了之前两个STL中容器和数据结构初阶链表的学习基础，下面list的学习将会简单很多。

目录

（一）list的介绍和使用

（1）list的介绍

（2）list的使用

（二）模拟实现list

（1）迭代器的模拟实现

（2）构造函数的模拟实现

（3）修改类型的成员函数

（4）完整的代码实现

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（一）list的介绍和使用

（1）list的介绍

• 1. list是可以在常数范围内在任意位置进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。
• 2. 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关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
• 3. list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
• 4. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
• 5. 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，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)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关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说可能是一个重要的因素)

（2）list的使用

有了前面两章的学习，list的使用我们还是查文档

 list文档

首先，几个默认成员函数如下，我们着重看构造函数

 

 构造函数分为上面四种用法，我们用代码来使用操作：

void TestList1()
{list<int> l1;                         // 构造空的l1list<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l3list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4// 以数组为迭代器区间构造l5int array[] = { 16,2,77,29 };list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));// 列表格式初始化C++11list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };// 用迭代器方式打印l5中的元素list<int>::iterator it = l5.begin();while (it != l5.end()){cout << *it << " ";++it;}       cout << endl;// C++11范围for的方式遍历for (auto& e : l5)cout << e << " ";cout << endl;
}

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list的迭代器操作的接口如下：

 迭代器的使用和string/vector没有区别（其实底层实现改变了，我们后面模拟实现会详解）

void TestList2()
{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// list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法while (it != l.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();auto rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

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 这两个主要返回头尾结点值的引用

关于容量的接口主要是empty判空和size返回大小的函数

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修改类接口（增删查改等）

 样例代码：

// list插入和删除
// 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0L.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);
}// resize/swap/clear
void TestList5()
{// 用数组来构造listint array1[] = { 1, 2, 3 };list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));PrintList(l1);// 交换l1和l2中的元素list<int> l2;l1.swap(l2);PrintList(l1);PrintList(l2);// 将l2中的元素清空l2.clear();cout << l2.size() << endl;
}

（二）模拟实现list

文章开头介绍List就说过，list其实是双向链表。所以我们先定义每一个结点的构成——由指向前后的两个指针和存放的数据构成。

而链表类只需要一个成员就可以了————哨兵位的头结点。有了它，其实就等于一下子知道了头结点和尾结点了。

 

由于构造函数中有迭代器初始化，所以我们还是先看迭代器的模拟实现。

（1）迭代器的模拟实现

迭代器分为下面两种类型：

• 1、迭代器要么就是原生指针
•  2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装，模拟指针的行为

list的各个结点显然不是在同一块连续的空间上的，所以这里我们需要模拟实现第二种。原生指针的行为无非就是几类：解引用*，取地址->，++，--，!=，==等，所以我们把迭代器需要用到的几种指针的行为模拟实现即可。

这里有一点注意的是：

下面模板参数中Ref和Ptr的作用是什么？

• 迭代器类型有两种：iterator和const_iterator，解引用*操作后返回_data的值，若是const_iterator迭代器返回的是const类型的数据，所以用模板参数Ref来统一实现*操作，当然，不用Ref模板参数也可以，但是要写一个重载函数返回const类型的数据，这样未免显得代码有点冗余，库里面的iterator也是这样使用模板参数的。Ptr也是同理。

template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef __list_iterator<T, Ref,Ptr> self;node* _node;__list_iterator(node* n):_node(n){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node-> _data;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};

迭代器的几个成员函数：

iterator begin(){//iterator it(_head->_next);//return it;return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{//iterator it(_head->_next);//return it;return const_iterator(_head);}

 

（2）构造函数的模拟实现

我们查阅文档，构造函数有下面几种类型：

基本构造函数：

void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_Init();}

迭代器构造：

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

拷贝构造（精简写法）：

先自己初始化，然后把一个tmp临时变量利用迭代器构造，最后自己“渔翁得利”，直接把tmp的构造成果拿来。

void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& it){empty_Init();list<T> tmp(it.begin(), it.end());swap(tmp);}

赋值重载=:

list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}

析构函数：

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

 

（3）修改类型的成员函数

 这里重点模拟实现几种常用的。

insert和erase：

他们两的实现在链表的数据结构中其实讲过。

void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* new_node = new node(x);prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;new_node->_next = cur;cur->_prev = new_node;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._node;return iterator(next);/*assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);*/}

尾插（删）、头插（删）：

只需要调用insert和erase在特殊位置进行操作：

void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it++);}}

（4）完整的代码实现

最后附完整代码实现及应用测试：

#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;namespace zc
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _data;list_node(const T& data = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_data(data){}};// 1、迭代器要么就是原生指针// 2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装，模拟指针的行为template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef __list_iterator<T, Ref,Ptr> self;node* _node;__list_iterator(node* n):_node(n){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node-> _data;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};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;void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_Init();}template <class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_Init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& it){empty_Init();list<T> tmp(it.begin(), it.end());swap(tmp);}list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}iterator begin(){//iterator it(_head->_next);//return it;return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{//iterator it(_head->_next);//return it;return const_iterator(_head);}void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* new_node = new node(x);prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;new_node->_next = cur;cur->_prev = new_node;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._node;return iterator(next);/*assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);*/}void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it++);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}private:node* _head;};void print_list(const list<int>& lt){list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//(*it) *= 2;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);// int*list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){(*it) *= 2;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;print_list(lt);}struct AA{int _a1;int _a2;AA(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){}};void test_list2(){list<AA> lt;lt.push_back(AA(1, 1));lt.push_back(AA(2, 2));lt.push_back(AA(3, 3));// AA* ptrlist<AA>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;		cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a1 << endl;++it;}cout << endl;}void test_list3(){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;auto pos = lt.begin();++pos;lt.insert(pos, 20);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.push_back(100);lt.push_front(1000);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.pop_back();lt.pop_front();for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;}void test_list4(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt2(lt);for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt3;lt3.push_back(10);lt3.push_back(20);lt3.push_back(30);for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;lt2 = lt3;for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;}}

祝您学业有成！