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(时间复杂度O(1))，并且该容器可以前后双向迭代(++/- -)。
2. list的底层是带头的双向循环链表结构，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。

2. 迭代器的分类

从实现结构的角度，迭代器在实际中分为3类：
第一种：单向迭代器。只支持++
比如：forward_list，unordered_map，unordered_set

第二种：双向迭代器。支持++和- -
比如：list，map，set

第三种：随机迭代器。支持++，- -，+，-
比如：vector，string，deque
不过在单向迭代器中可以传双向迭代器和随机迭代器，双向迭代器可以传随机迭代器。

3. list的构造

这些和我们之前所说的string和vector是差不多的。举个例子演示一下就可以了。

4. list的实现

4.1 list的基本结构

首先，我们看一下源代码的实现结构：
成员变量：

成员变量它只有一个link_type类型的节点。

link_type类型是一个__list_node< T >的模板指针。
__list_node的结构如下：

这里的指针类型是void*，这里也可以写成__list_node< T > *

那么我们是如何知道它是带头循环双向链表？
我们先看一下它的构造函数：

它在无参构造里调用了empty_initialize()函数：

这个初始化就是获得一个节点，节点的next指向自己，节点的prev也指向自己。所以它初始化是一个头节点。
我们再看一下它的插入函数：

从这两行可以看出它是一个双向循环链表。
下面我们就把这个基本结构写一下：

4.2 list的push_back函数

带头的双向循环链表我们以前的文章也说过，很简单，直接上代码：

4.2 list的迭代器

既然是带头的双向循环指针，那么它的结构是这样的：

我们知道迭代的begin()指向第一个数据，end()指向数据最后一个元素的下一个位置(也就是哨兵位头节点)。

那么我们看一下标准库里是如何使用的：

可以看到这个迭代器可以++，解引用时就可以打印数据。那么我们想一下，如果list的迭代器是指针，它是指向这个节点的指针，是如何解引用就拿到数据的呢？所以list的迭代器不是一个指针了。而是封装成了一个类。

下面我们就需要把迭代器的解引用，++和不等于，这三个运算符重载写出来。

解引用很简单，直接返回节点的数据就行了。

不等于就是看节点地址是否相同。

前置++，返回++后的迭代器。

然后，我们要在list类里定义迭代器的begin和end：

这里我们把迭代器模板重命名，这样用户用迭代器时就不需要关心底层了。
这里的begin()和end()函数里面写的是匿名对象，然后传值拷贝。
我们也可以这样写：

是一样的。我们也可以这样写：

这是单参数的隐式类型转换，可以默认构造一个迭代器。
那么我们这里的迭代器，需不需要写析构呢？
答案：不需要。因为节点不属于迭代器，不需要迭代器释放。不过编译器会默认生成一个，但什么事情都不干。

那么这里的迭代器，需不需要写拷贝构造和赋值重载呢？
答案：不需要。默认生成的就行了，浅拷贝就可以。因为要指向同一块空间。

那么我们现在就来验证一下，看一看写的对不对：

是可以使用的。

然后，我们再来完善一下它的后置++和前置，后置- -，和==

4.2.1 operator- >

我们要知道，迭代器的作用是模仿指针的功能，我们先看下面的代码：

指针可以使用箭头找到自定义类型的成员，那么迭代器这里也应该可以。
我们就需要重载。

有同学对这样的代码感觉很疑惑。返回的是一个数据的地址。

如下图所示：

但是AA也是一个自定义类型，所以我们还应该加一个箭头，这样写：

但是不对，这样写就对了：

这是因为编译器为了可读性进行优化处理，优化以后，省略了一个。

4.2.2 const迭代器

在这里，我们要调用一个打印函数，但是它是被const修饰的。所以我们调用普通的迭代器就不行了。那么我们改成这样呢？

虽然可以运行了，但是返回的迭代器是可以修改的。但我们是一个const的迭代器，只能读，不能写。这样就违反意愿了。

那么我们再修改一下：


这样虽然不能修改了，但是普通的迭代器也不能被修改了。

那么我们此时该怎么办呢？大佬们是这样做的：

我们给这个迭代器的模板添加了两个参数。然后，我们就可以用一个模板实例化两个不同的迭代器类型。

然后我们将这个类型typedef一下，因为类型有点长了，下面改起来麻烦。

在list模板类里面，我们把普通迭代器和const迭代器都重定义一下：

这样调用的时候会选择最匹配的一个：

我们看一下匹配的过程，如下图所示：

普通迭代器的Ref是T&，Ptr是T*

const迭代器的Ref是const T&，Ptr是const T*

为什么这里第一个模板参数T，不加const呢？

如果我们这里加上const，那么我们看一下这里：

我们传递的是_head- >_next，它的类型是：list_node< int > *，但是我们想构造一个const迭代器，我们看这里：

这里的node类型是list_node< const int > *，所以和我们传的就不匹配了，就会出现错误。

4.3 insert函数

这样push_back和push_front就可以复用了。

尾插就在end()处插入就行了，头插就在begin()处插入。

4.4 earse函数

头删也很简单就是begin()，尾删只需要将end迭代器减减一下：

4.5 迭代器失效问题

我们先看下面的代码：

这个代码是将链表中的偶数删除，如果不是的就it++，我们看一下运行结果：

我们看到并没有进行正确的删除，原因如下：

如果此时我们将2删除了，那么it就变成了一个野指针。在源码中它是这样做的：

它是加了一个迭代器的返回值。这个返回值的意思是：指向函数调用擦除的最后一个元素后面的元素的迭代器。如果擦除了序列中的最后一个元素，则容器结束。

那么有了返回值，我们就可以这样写：

验证一下：

那么insert呢？因为insert插入，它不会扩容，插入进去迭代器还是指向原来的节点，没有发生改变。所以insert不会发生迭代器失效的问题。但是在源代码里，还是给它加了返回值。

它的返回值是：指向第一个新插入元素的迭代器。

4.6 析构函数

我们先写一个clear函数：

这个函数的意思就是：从列表容器中删除所有元素(这些元素将被销毁)，并使容器的大小为0。

实现如下：

现在我们再来写析构函数：

4.7 构造函数

在list里还有一个用迭代器来构造的函数：

这个很容易理解，就是你输入的迭代器区间来构造这个list对象。

在构造之前，我们肯定要把哨兵位的头节点先弄出来。在源代码里是封装了一个函数来弄的：

现在，我们再构造就很简单了：

4.8 拷贝构造

在这里，如果我们不写，编译器会默认构造一个拷贝构造，但是是浅拷贝：

两个头指针(_head)指向同一块空间。如果析构的话就会析构两次。
所以名为要写深拷贝。

1. 传统写法

这个意思就是自己从lt里面取数据，然后去插入构造。

2. 现代写法

现代写法就是先构造一个tmp，然后交换两者的头指针。

4.9 赋值运算符重载

赋值运算符也是一样的道理，在传参数时就拷贝构造好，然后直接交换头指针就行。