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前言
本文中出现的模拟实现经过本地vs测试无误，文件已上传gitee，地址:list: 模仿实现stl的list - Gitee.com
一、List源码阅读
首先我们阅读源码，阅读源码我按照如下方式：先找到单个节点的定义，再找到list里面的主要成员函数。
list_node链表节点的定义，如下：有三个成员，prev,next指针，数据域。
实现链表的接口：增删改查，回想我们用C语言实现的顺序表的时候，使用指针去实现。使用C++的时候，模拟实现string，也是使用迭代器。迭代器就是模拟指针的行为，但是链表直接使用指针++，不一定能访问到下一个节点，所以我们要封装一下原生指针--迭代器，去实现对list的访问。
阅读源码，_list_iterator这个迭代器，有三个模板参数，猜测T应该是类型，Ref是引用，Ptr是指针，为什么有三个模板参数？后续再分析。这个迭代器里实现了一个原生迭代器，一个const迭代器，const调用const对象，然后还有一个self，暂时不明白什么意思。继续往下。
阅读到这里，重定义了一些参数。注意这里：
- typedef _list_node<T> * link_type;
- link_type node;
- _list_iterator(link type x):node(x){}
和C语言一样，这里定义了一个节点的指针，作为实现迭代器的最小单元
继续往下阅读，这里有一些运算符重载的函数，比较节点是否相等，以及引用，注意这里引用的返回值使用了reference，上面看出来将Ref重定义成了reference，所以这里可以猜测，ref就是返回引用的值
这里实现了运算符重载函数，使用迭代器，去访问前后的节点。注意这里的返回值是self，前面读到self就是_list_iterator的一个模板参数。对比之前实现日期类的时候，日期类++,返回的就是一个日期类对象。这里使用迭代器进行++,猜测这里返回的就是一个迭代器。
继续查看迭代器的使用：在list的成员函数中，查看到begin：指向头节点的下一个，end指向头节点。rbegin指向头节点，rend指向头节点的下一个。
判断链表是否为空：判断头节点的下一个是否指向头节点
计算链表的size:根据begin,end去计算
以及链表中最重要的插入insert,通过迭代器找到pos的位置，根据T去构建一个Node，再进行插入。头插尾插都可以复用Insert。头插头删的时候先保留现在的指针指向情况，再进行修改，修改完了之后再删除这个节点
往下阅读，到了list的主体部分，有两个模板参数。alloc暂时不明白是什么
这里实现了一种创建节点的成员函数，create_node：通过T类型的参数x创建一个节点.
empty_initialize 空的初始化，只创建一个节点
二、List常用接口模拟实现
通过上面阅读源码，我们来模仿实现list的一些常用接口。
1.定义一个list节点
template<class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T> * _next;
list_node<T> * _prev;
}2.实现一个迭代器
迭代器要么就是原生指针，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用一个节点的指针，去构造一个迭代器
template<class T>
struct _list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef _list_iterator<T> self;
//定义一个指针，指向链表
node * _node;
//构造函数 用一个节点指针去构造迭代器
_list_iterator(node * n)
:_node(n)
{
}
//实现迭代器的功能
//指针++向后遍历，就如日期类，返回的还是一个日期类对象;迭代器++,返回一个迭代器对象
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator++(int) //实现前置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self& operator++(int) //实现前置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
T& operator*()
{
return _ndoe->data;
}
bool operator == (const self& s)
{
return _node == s._node;
}
bool operator !=(const self &s)
{
return _node != s._node;
}
2.2const迭代器
假设我们传了一个const对象，
- void print_list(const list<int><)。
- 对象的类型是一个const list<int> * ，调用不了普通迭代器,是一个经典的权限放大，所以我们要对this加一个const。此时变成了const* _head,指针本身不能改变，但是指向的内容可以改变。即我们还是可以对对象进行改变。
- 在stl库中，它使用const修饰*this,返回值也是一个const_iterator。但是，对于所有的成员函数都使用const修饰*this和返回值类型很冗余，所以我们这里增加了一个模板参数class Ref。
template<class T>
struct __list_const_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_const_iterator<T> self;
node* _node;
__list_const_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
//保护返回的值不能被修改
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
//... 其他成员函数都相同
};
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 _ndoe->data;
}
//注意这里 如果我定义了一个AA类型的链表，通过迭代器去访问,指针类型为AA*
// 现在要访问它的成员 可以这样： *(it)._a1;
//也可以it->->a1 一个是运算符重载调用，it是自定义类型，无法直接使用箭头，it-> 就相当于运算符重载operator-> AA*
//一个是找成员
//这里为了增强可读性 省略了一个箭头 it->_a1;
Ptr operator->()
{
return &_node->data;
}
self& operator--()
{
}
//其余运算符操作类似
}
template<class T>
class list
{
//注意这里模板参数 调用普通迭代器 T&传给ref, 调用const迭代器 const T& 传给ref
typedef _list_iterator<T,T&,T*> iterator;
typedef _list_iterator<T,const T&, const T*> const_iterator;
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
const iterator begin()
{
return const_iterator(_head->_next);
}
//..其余类似
}3.定义一个链表，以及实现链表的常用接口
template<class T>
struct _list
{
typedef list_node<T> node;
typedef _list_iterator<T> iterator;
//list的成员
node* _head;
//list的构造 初始只有一个头节点
list()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//list的一些成员函数
//通过迭代器定位begin和end
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
//通过迭代器对指定pos位置进行增删改查
void insert(iterator pos, const T& x)
{
node new_node = new node(x);
//iterator cur = pos;
//这里是要通过pos的指针，找到这个节点 对pos进行解引用
node * cur = pos._node;
node * prev = cur->_prev;
prev->_next = new_node;
new_node->_prev = prev;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
}
void push_back()
{
insert(end(),x);
}
void push_front()
{
insert(begin(),x);
}
void erase(iterator pos)
{
assert(pos!=end());
node * cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
}
void pop_back()
{
erase(end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
//打印
void print_list(const list<T> & lt)
{
iterator it = lt.begin();
while(it != lt.end())
{
cout<<*it;
++it;
}
cout<<endl;
}
}三、List和Vector对比
vector与list都是stl中非常重要的序列容器，由于两个容器的底层结构不同，导致特性以及应用场景不同
| vector | list | |
| 底层结构 | 动态顺序表，一段连续的空间 | 带头节点的双向循环链表 |
| 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 | 在任意位置插入删除元素效率较低，时间复杂度O(N),插入可能需要扩容，开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间 | 任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素。时间复杂度O(1) |
| 空间利用率 | 底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高 | 底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低 |
| 迭代器 | 原生指针 | 对原生指针（节点指针）进行封装 |
| 迭代器失效 | 在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能导致扩容，导致原来迭代器失效，删除时，也可能失效。需要重新给迭代器赋值 | 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，因为那个节点已经被删除。其他迭代器不受影响 |
| 使用场景 | 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 |
总结
本文主要对stl源码中list内容进行阅读，并模拟实现。技术有限，如有错误请指正。