list 的迭代器解引用探究
/*list的迭代器解引用探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
class Date {
private:
int _year;
int _month;
int _day;
public:
Date()
: _year(2024)
, _month(1)
, _day(1)
{}
void Show() {
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
};
void TestList8() {
list<Date> L1;
L1.push_back(Date());
L1.push_back(Date());
L1.push_back(Date());
L1.push_back(Date());
auto it1=L1.begin();
while(it1!=L1.end()){
it1->Show();
it1++;
}
list<int> L2;
L2.push_back(1);
L2.push_back(2);
L2.push_back(3);
L2.push_back(4);
auto it2=L2.begin();
while(it2!=L2.end()){
cout<<*it2<<endl;
it2++;
}
}
int main() {
TestList8();
}
#endif
这段代码主要展示了如何在 C++ 中使用 std::list 容器来存储和遍历自定义类型（Date 类）的对象以及基本数据类型（int）的值。程序定义了一个 Date 类，用于表示日期，并提供了一个 Show 成员函数来打印日期。然后，它在函数 TestList8 中创建了两个 std::list 容器：一个存储 Date 对象，另一个存储 int 值。通过迭代器遍历这些列表，并展示了如何访问和操作容器中的元素。
这段代码看似平平无奇，细心的小伙伴可能会发现，在遍历L1，list对象的时候，it1->Show();这一行代码似乎有一点问题。it1迭代器底层是list结点的指针，it1->得到的结果应该是Date类型对象而不能直接访问Date类型对象的成员才对。如果it1底层指针存储的是节点中Date类型的对象的地址，那么it1->Show();就没有任何问题。
实际上list类中->底层会返回*it迭代器的地址，Ptr operator->(){return &(operator*()); }，但即使返回了地址，我们还需要一个->才能访问Date的对象才对。正确的做法就变成了it1->->Show();这个样子。但是这样的代码可读性太差了，为了提高代码的可读性，编译器自动给我们添加一个->,使得我们仅仅使用it1->Show();这样的代码就可以完成实现。
代码实现
#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
namespace Mylist
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _value;
ListNode(const T& value = T())
: _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _value(value)
{}
};
// 1. 封装迭代器对应的类
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef Ref ItRef;
typedef Ptr ItPtr;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
public:
ListIterator(Node* pNode = nullptr)
: _pNode(pNode)
{}
//
// 具有指针类似的操作
Ref operator*()
{
return _pNode->_value;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
// 移动
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_next;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_next;
return temp;
}
Self& operator--()
{
_pNode = _pNode->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_prev;
return temp;
}
///
// 比较
bool operator!=(const Self& s)const
{
return _pNode != s._pNode;
}
bool operator==(const Self& s)const
{
return _pNode == s._pNode;
}
Node* _pNode;
};
// 反向迭代器：就是对正向迭代器的包装
template<class Iterator>
struct ListReverseIterator
{
// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称
// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错
// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型
// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型
// typename
typedef typename Iterator::ItRef Ref;
typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;
typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;
public:
ListReverseIterator(Iterator it)
: _it(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr 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& rit)const
{
return _it != rit._it;
}
bool operator==(const Self& rit)const
{
return _it == rit._it;
}
Iterator _it;
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---public
public:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;
typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
public:
// 注意：list的迭代器一定不能是原生态的指针
// vector之所以可以，因为vector底层是连续空间
// 如果指针指向连续的空间，对指针++/--，该指针就可以移动到下一个/前一个位置
// 但是list不行，因为链表中的节点是通过next和prev指针组织起来的，不一定连续
// 如果将list的迭代器设置为原生态指针，++it/--it没有意义
// typedef Node* iterator; // ???
public:
// 构造
list()
{
CreateHead();
}
list(int n, const T& value = T())
{
CreateHead();
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(value);
}
}
template<class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
CreateHead();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
list(const list<T>& L)
{
CreateHead();
auto it = L.cbegin();
while (it != L.cend())
{
push_back(*it);
++it;
}
}
list<T>& operator=(list<T> L)
{
this->swap(L);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
//
// 迭代器
// 3. 增加begin和end的方法
iterator begin()
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator cbegin()const
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator cend()const
{
return const_iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator crbegin()const
{
return const_reverse_iterator(cend());
}
const_reverse_iterator crend()const
{
return const_reverse_iterator(cbegin());
}
//
// 容量
size_t size()const
{
size_t count = 0;
Node* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
count++;
cur = cur->_next;
}
return count;
}
bool empty()const
{
return _head == _head->_next;
}
void resize(size_t newsize, const T& value = T())
{
size_t oldsize = size();
if (newsize <= oldsize)
{
for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i)
{
pop_back();
}
}
else
{
for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i)
{
push_back(value);
}
}
}
//
// 元素访问
T& front()
{
return *begin();
}
const T& front()const
{
//return _head->_next->_value;
return *cbegin();
}
T& back()
{
return *(--end());
}
const T& back()const
{
// return _head->_prev->_value;
return *(--cend());
}
///
// 修改
void push_front(const T& value)
{
insert(begin(), value);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void push_back(const T& value)
{
insert(end(), value);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
iterator insert(iterator it, const T& value)
{
Node* pos = it._pNode;
Node* newNode = new Node(value);
newNode->_next = pos;
newNode->_prev = pos->_prev;
newNode->_prev->_next = newNode;
pos->_prev = newNode;
return newNode;
}
iterator erase(iterator it)
{
if (it == end())
return end();
Node* pos = it._pNode;
Node* ret = pos->_next;
pos->_prev->_next = pos->_next;
pos->_next->_prev = pos->_prev;
delete pos;
return ret;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& L)
{
std::swap(_head, L._head);
}
private:
void CreateHead()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}
void TestList1()
{
Mylist::list<int> L1;
Mylist::list<int> L2(10, 5);
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Mylist::list<int> L3(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
Mylist::list<int> L4(L3);
for (auto e : L3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
Mylist::list<int>::iterator it = L4.begin();
while (it != L4.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void TestList2()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Mylist::list<int> L1(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto itL1 = L1.begin();
*itL1 = 10;
// auto citL1 = L1.cbegin();
//*citL1 = 100;
cout << L1.front() << endl;
cout << L1.back() << endl;
cout << L1.size() << endl;
const Mylist::list<int> L2(L1);
// auto it = L2.cbegin();
cout << L2.front() << endl;
cout << L2.back() << endl;
}
void TestLst3()
{
Mylist::list<int> L;
L.push_back(1);
L.push_back(2);
L.push_back(3);
L.push_back(4);
L.push_back(5);
cout << L.size() << endl;
L.push_front(0);
for (auto e : L)
cout << e << " ";
cout << endl;
L.pop_front();
for (auto e : L)
cout << e << " ";
cout << endl;
// find(L.begin(), L.end(), 4);
}
void TestLst4()
{
Mylist::list<int> L;
L.push_back(1);
L.push_back(2);
L.push_back(3);
L.push_back(4);
L.push_back(5);
auto it = L.rbegin();
while (it != L.rend())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
auto rit = L.crbegin();
while (rit != L.crend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
}
int main(){
Mylist::list<int> L;
L.push_back(1);
L.push_back(2);
L.push_back(3);
L.push_back(4);
L.push_back(5);
auto it=L.begin();
// L.assign(10, 5);
Mylist::list<int> L1(5,10);
L = L1;
while (it != L.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
}ListNode 结构
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _value;
ListNode(const T& value = T())
: _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _value(value)
{}
};ListNode 是一个结构体，用于表示链表中的一个节点。它包含指向下一个节点的指针 _next、指向前一个节点的指针 _prev 和存储的数据 _value。构造函数允许用一个值初始化节点，并默认设置前后节点为 nullptr。
ListIterator 类
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef Ref ItRef;
typedef Ptr ItPtr;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
public:
ListIterator(Node* pNode = nullptr)
: _pNode(pNode)
{}
//
// 具有指针类似的操作
Ref operator*()
{
return _pNode->_value;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
// 移动
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_next;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_next;
return temp;
}
Self& operator--()
{
_pNode = _pNode->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_prev;
return temp;
}
///
// 比较
bool operator!=(const Self& s)const
{
return _pNode != s._pNode;
}
bool operator==(const Self& s)const
{
return _pNode == s._pNode;
}
Node* _pNode;
};ListIterator 是一个迭代器类，支持对链表的正向遍历。它重载了操作符，以提供类似指针的行为。包括解引用 (operator* 和 operator->)、迭代（operator++ 和 operator--）和比较（operator== 和 operator!=）。ListIterator 使得用户可以通过迭代器遍历链表，访问或修改节点的值。
类模板参数：
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef Ref ItRef;
typedef Ptr ItPtr;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;我们在list类里面定义迭代器是这样定义的。typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;其中Ref用来接收T&，Ptr用来接收T*。
这三个模版参数的具体含义如下所示：
T: 数据类型，指定链表节点存储的数据的类型。
Ref: 引用类型，决定了解引用操作符 (operator*) 返回值的类型，可以是数据的引用，允许通过迭代器修改链表节点的值。
Ptr: 指针类型，指定通过迭代器访问成员时的指针类型，通常是数据的指针类型。
这里的三个模版参数可以理解为数据类型占位符，每一个参数都有其特定的含义以及对应的数据类型，当我们使用的时候，传入的参数会与对应模版参数意义相吻合。
类型定义：
Node: 代表链表节点的类型，使用了模板参数 T 来指定节点存储的数据类型。
ItRef 和 ItPtr: 分别代表迭代器的引用和指针类型，这些类型允许迭代器通过类似指针的方式操作数据。
Self: 代表迭代器自身的类型，用于实现链式调用和返回正确的迭代器类型。
成员变量：
Node* _pNode;
_pNode: 指向当前迭代器所指向的链表节点的指针。
构造函数：
ListIterator(Node* pNode = nullptr)
: _pNode(pNode)
{}ListIterator(Node* pNode = nullptr): 允许通过给定一个链表节点的指针来构造迭代器。默认参数为 nullptr，允许创建一个不指向任何节点的迭代器。
解引用操作符重载：
// 具有指针类似的操作
Ref operator*()
{
return _pNode->_value;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}operator*(): 解引用操作符，返回当前迭代器指向的节点中存储的数据的引用，允许读取或修改该数据。针对于内置类型。
operator->(): 成员访问操作符，提供对当前迭代器指向的节点中存储的数据成员的访问。针对于自定义类型。
->返回的是list元素中的地址，编译器自动帮我们添加了一个->使得我们可以通过list元素自定义类型的地址进行访问成员属性。
迭代器移动：
// 移动
Self& operator++()
{
_pNode = _pNode->_next;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_next;
return temp;
}
Self& operator--()
{
_pNode = _pNode->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
_pNode = _pNode->_prev;
return temp;
}operator++(): 前缀递增操作符，使迭代器前进到链表的下一个节点，并返回当前迭代器的引用。
operator++(int): 后缀递增操作符，使迭代器前进到链表的下一个节点，返回迭代器递增前的副本。
operator--(): 前缀递减操作符，使迭代器后退到链表的前一个节点，并返回当前迭代器的引用。
operator--(int): 后缀递减操作符，使迭代器后退到链表的前一个节点，返回迭代器递减前的副本。
operator!= 和 operator==: 比较操作符，分别用于判断两个迭代器是否不相等或相等，即它们是否指向同一个链表节点。
小结论：
通过测试我们发现，在list简单实现过程中，如果不显示定义operator*()和operator->()重载，就没办法解引用迭代器，但在vector简单实现过程中，并不需要显示定义operator*()和operator->()重载就可以完成解引用迭代器。
ListReverseIterator 类
// 反向迭代器：就是对正向迭代器的包装
template<class Iterator>
struct ListReverseIterator
{
// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称
// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错
// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型
// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型
// typename
typedef typename Iterator::ItRef Ref;
typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;
typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;
public:
ListReverseIterator(Iterator it)
: _it(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr 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& rit)const
{
return _it != rit._it;
}
bool operator==(const Self& rit)const
{
return _it == rit._it;
}
Iterator _it;
};ListReverseIterator 是一个反向迭代器类，对 ListIterator 进行了包装，使其能够以相反的顺序遍历链表。它通过改变迭代方向（即通过递减其底层正向迭代器）来实现反向遍历。反向迭代器同样重载了类似指针的操作。
模板参数Iterator：
// 反向迭代器：就是对正向迭代器的包装
template<class Iterator>
struct ListReverseIterator
{
// 静态成员变量也可以通过类名::静态成员变量名称
// typedef Iterator::ItRef Ref; 编译报错
// 编译器无法在编译时无法确定ItRef是静态成员变量 还是 类型
// 需要显式告诉编译器ItRef就是Iterator类中的类型
// typename
typedef typename Iterator::ItRef Ref;
typedef typename Iterator::ItPtr Ptr;
typedef ListReverseIterator<Iterator> Self;ListReverseIterator是模板结构体，其模板参数Iterator代表它将要包装的正向迭代器的类型。
类型别名定义（typedef）：
使用typedef typename Iterator::ItRef Ref;定义了一个类型别名Ref，它引用了正向迭代器中定义的ItRef类型。这里的typename关键字是必需的，因为Iterator::ItRef是一个依赖于模板参数的类型，编译器需要明确地被告知这是一个类型名。
类似地，Ptr和Self别名分别为迭代器的指针类型和反向迭代器自身的类型。
构造函数：
ListReverseIterator(Iterator it)
: _it(it)
{}接受一个正向迭代器作为参数，并初始化内部的迭代器_it。
解引用操作符重载：
Ref operator*()
{
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}operator*：解引用操作符，返回当前迭代器前一个位置的元素的引用。这是因为反向迭代时，当前位置实际对应的是正向迭代器的前一个元素。
operator->：成员访问操作符，返回当前元素的指针。
反向迭代器是通过正向迭代器封装复用实现的，反向迭代器的rbegin对应正向迭代器的end，反向迭代器的rend对应正向迭代器的begin。反向迭代器中的operator*()解引用实际上是返回正向迭代器前一个位置的解引用。即创建一个临时的正向迭代器对象，这个正向迭代器对象进行--操作指向前一个位置，返回的是前一个位置的迭代器的解引用。因为*temp实际上返回的是list具体对象，temp出作用域消失，但是list中的具体对象不会消失。
->返回的是list元素中的地址，编译器自动帮我们添加了一个->使得我们可以通过list元素自定义类型的地址进行访问成员属性。
迭代器移动：
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;
}对于反向迭代器，递增意味着正向迭代器实际上是递减的，递减则相反。
相等与不等operator运算符重载：
bool operator!=(const Self& rit)const
{
return _it != rit._it;
}
bool operator==(const Self& rit)const
{
return _it == rit._it;
}
operator!=和operator==：比较操作符，用于比较两个反向迭代器是否不相等或相等。
成员变量：
Iterator _it;
内部迭代器_it：这是被包装的正向迭代器的实例，反向迭代器通过操作这个内部迭代器来实现反向遍历。
ListIterator类和ListReverseIterator类的思考
在这两类中，模版参数可以理解为对应类型的占位符，也就是明确告诉编译器这些参数对应的是什么样的数据类型，因为在后面的使用过程中，我们会对其进行封装，以至于传入模版参数的数据类型就是我们希望的数据类型。
注意ListReverseIterator类中的Ref operator*()解引用是调用正向迭代器的前一个位置的解引用。因为反向迭代器是对正向迭代器进行封装，复用，来实现反向遍历的功能。
在list类中我们使用反向迭代器时，rbegin传入的是end迭代器，也就是正向迭代器的最后一个元素的后一个位置。简单来说，反向迭代器实际上是正向迭代器的逆用，利用正向迭代器的end来封装复用实现rbegin，利用正向迭代器的begin来封装复用实现rend。
正向迭代器的区间是[begin,end)，为了统一反向迭代器的区间也应该是[rbegin,rend)。而rbegin是通过正向迭代器end实现的，rend是通过正向迭代器begin实现的，为了统一实现，反向迭代器的解引用operator*全部都返回当前迭代器前一个位置的元素的引用。
list 类
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---public
public:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;
typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
public:
// 注意：list的迭代器一定不能是原生态的指针
// vector之所以可以，因为vector底层是连续空间
// 如果指针指向连续的空间，对指针++/--，该指针就可以移动到下一个/前一个位置
// 但是list不行，因为链表中的节点是通过next和prev指针组织起来的，不一定连续
// 如果将list的迭代器设置为原生态指针，++it/--it没有意义
// typedef Node* iterator; // ???
public:
// 构造
list()
{
CreateHead();
}
list(int n, const T& value = T())
{
CreateHead();
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(value);
}
}
template<class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
CreateHead();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
list(const list<T>& L)
{
CreateHead();
auto it = L.cbegin();
while (it != L.cend())
{
push_back(*it);
++it;
}
}
list<T>& operator=(list<T> L)
{
this->swap(L);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
//
// 迭代器
// 3. 增加begin和end的方法
iterator begin()
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator cbegin()const
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator cend()const
{
return const_iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator crbegin()const
{
return const_reverse_iterator(cend());
}
const_reverse_iterator crend()const
{
return const_reverse_iterator(cbegin());
}
//
// 容量
size_t size()const
{
size_t count = 0;
Node* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
count++;
cur = cur->_next;
}
return count;
}
bool empty()const
{
return _head == _head->_next;
}
void resize(size_t newsize, const T& value = T())
{
size_t oldsize = size();
if (newsize <= oldsize)
{
for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i)
{
pop_back();
}
}
else
{
for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i)
{
push_back(value);
}
}
}
//
// 元素访问
T& front()
{
return *begin();
}
const T& front()const
{
//return _head->_next->_value;
return *cbegin();
}
T& back()
{
return *(--end());
}
const T& back()const
{
// return _head->_prev->_value;
return *(--cend());
}
///
// 修改
void push_front(const T& value)
{
insert(begin(), value);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void push_back(const T& value)
{
insert(end(), value);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
iterator insert(iterator it, const T& value)
{
Node* pos = it._pNode;
Node* newNode = new Node(value);
newNode->_next = pos;
newNode->_prev = pos->_prev;
newNode->_prev->_next = newNode;
pos->_prev = newNode;
return newNode;
}
iterator erase(iterator it)
{
if (it == end())
return end();
Node* pos = it._pNode;
Node* ret = pos->_next;
pos->_prev->_next = pos->_next;
pos->_next->_prev = pos->_prev;
delete pos;
return ret;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& L)
{
std::swap(_head, L._head);
}
private:
void CreateHead()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}list类代码解析
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
// 2. 在容器中给迭代器类型取别名---public
public:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef ListReverseIterator<iterator> reverse_iterator;
typedef ListReverseIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;类模板声明:
template<class T> class list定义了一个泛型链表，T是链表中存储元素的类型。
迭代器类型别名:
定义了两种迭代器：iterator和const_iterator，分别用于访问可修改的数据和只读数据。这些迭代器不是原生指针，而是封装过的，因为链表的元素不是连续存储的，不能直接通过指针算术操作访问。
还定义了反向迭代器reverse_iterator和const_reverse_iterator，用于实现反向遍历。
构造函数和析构函数:
无参构造函数
// 构造
list()
{
CreateHead();
}
void CreateHead()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}list()是无参构造函数，它只是创建了一个头节点。
指定的元素数量和值的构造函数
list(int n, const T& value = T())
{
CreateHead();
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(value);
}
}list(int n, const T& value = T())根据指定的元素数量和值进行初始化。实际上就是不断地调用push_back操作。
范围构造函数
template<class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
CreateHead();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}list(Iterator first, Iterator last)是范围构造函数，根据给定的迭代器范围来构造链表。
拷贝构造函数
list(const list<T>& L)
{
CreateHead();
auto it = L.cbegin();
while (it != L.cend())
{
push_back(*it);
++it;
}
}list(const list<T>& L)是拷贝构造函数，用另一个链表的内容来初始化新链表。
析构函数
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}~list()是析构函数，它清除链表中的所有元素，并删除头节点。
赋值操作符:
list<T>& operator=(list<T> L)
{
this->swap(L);
return *this;
}使用了拷贝并交换的技巧来实现赋值操作符。
迭代器方法:
// 迭代器
// 3. 增加begin和end的方法
iterator begin()
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator cbegin()const
{
/*iterator ret(_head->_next);
return ret;*/
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator cend()const
{
return const_iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator crbegin()const
{
return const_reverse_iterator(cend());
}
const_reverse_iterator crend()const
{
return const_reverse_iterator(cbegin());
}提供了begin, end, cbegin, cend, rbegin, rend, crbegin, crend等方法来获取迭代器，分别对应于开始、结束的正向和反向迭代器。
反向迭代器中的rbegin复用正向迭代器中的end操作，反向迭代器中的rend复用正向迭代器中的begin操作。
注意正向迭代器的end是最后一个元素后面一个位置，因为这是循环双向链表，因此end实际上指向的是head头结点。
容量和大小操作:
// 容量
size_t size()const
{
size_t count = 0;
Node* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
count++;
cur = cur->_next;
}
return count;
}
bool empty()const
{
return _head == _head->_next;
}
void resize(size_t newsize, const T& value = T())
{
size_t oldsize = size();
if (newsize <= oldsize)
{
for (size_t i = newsize; i < oldsize; ++i)
{
pop_back();
}
}
else
{
for (size_t i = oldsize; i < newsize; ++i)
{
push_back(value);
}
}
}size()方法计算链表的大小。注意只有随机访问迭代器才支持迭代器相减的操作。
随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持直接相减操作，因为它们可以在常数时间内访问序列中的任何元素。vector 和 deque 容器提供的迭代器就是随机访问迭代器。list的迭代器并不属于随机访问迭代器，所以size操作只能通过迭代器的移动来计算个数，而不能通过迭代器的相减操作。
empty()检查链表是否为空。
resize()调整链表的大小，根据需要添加或移除元素。
元素访问:
// 元素访问
T& front()
{
return *begin();
}
const T& front()const
{
//return _head->_next->_value;
return *cbegin();
}
T& back()
{
return *(--end());
}
const T& back()const
{
// return _head->_prev->_value;
return *(--cend());
}front()和back()方法分别用于访问链表的第一个元素和最后一个元素。
修改操作:
// 修改
void push_front(const T& value)
{
insert(begin(), value);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void push_back(const T& value)
{
insert(end(), value);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
iterator insert(iterator it, const T& value)
{
Node* pos = it._pNode;
Node* newNode = new Node(value);
newNode->_next = pos;
newNode->_prev = pos->_prev;
newNode->_prev->_next = newNode;
pos->_prev = newNode;
return newNode;
}
iterator erase(iterator it)
{
if (it == end())
return end();
Node* pos = it._pNode;
Node* ret = pos->_next;
pos->_prev->_next = pos->_next;
pos->_next->_prev = pos->_prev;
delete pos;
return ret;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& L)
{
std::swap(_head, L._head);
}功能：在链表的前端插入一个新元素。
实现方式：通过调用insert方法，在begin()位置插入新元素。begin()返回指向链表第一个元素的迭代器。
pop_front()
功能：删除链表的第一个元素。
实现方式：通过调用erase方法，删除begin()位置的元素。这 effectively removes the first element of the list.
push_back(const T& value)
功能：在链表的末尾添加一个新元素。
实现方式：通过调用insert方法，在end()位置插入新元素。由于end()返回的迭代器实际上指向链表尾部的哑元节点，插入操作会在链表的最后一个元素之后插入新元素。
pop_back()
功能：删除链表的最后一个元素。
实现方式：通过调用erase方法，删除--end()位置的元素。--end()操作返回指向链表最后一个元素的迭代器。
insert(iterator it, const T& value)
功能：在指定位置it前插入一个新元素。
实现方式：首先获取it指向的节点pos，然后创建一个新节点newNode，并将其插入到pos前面。更新相邻节点的指针以维持链表的连贯性。最后，返回指向新插入节点的迭代器。
erase(iterator it)
功能：删除指定位置it的元素。
实现方式：首先检查it是否为end()，如果是，则不进行任何操作并返回end()。否则，获取it指向的节点pos，调整前后节点的指针跳过pos，然后删除pos节点，最后返回指向被删除节点下一个节点的迭代器。
clear()
功能：清空链表，删除所有元素。
实现方式：从链表的开始遍历，使用erase方法逐个删除元素，直到整个链表被清空。
swap(list<T>& L)
功能：与另一个链表L交换内容。
实现方式：简单地交换两个链表的头节点指针_head。这是通过std::swap实现的，是一个非常高效的操作，因为它仅仅交换了指针，而不需要移动或复制链表中的元素。
私有成员和方法:
private:
void CreateHead()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
private:
Node* _head;
};_head是指向链表头节点的指针。
CreateHead()是一个辅助方法，用于初始化链表，创建一个哨兵节点作为头节点。
结尾
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