STL-List实现

调试环境：vs2015+win10

在STL中list算是一种比较常见的容器了，这里参考了一下SGI STL实现版本

概述

list即链表，结构较为复杂，由每一个节点相互链接起来的一种数据结构，它的优点是插入删除快，空间利用效率高。

list的节点

在STL中list是一个带头指针的双向链表，其每个节点结构如下：

template <typename T>
struct ListNode {
    typedef ListNode<T> Node;
    Node* _prev;
    Node* _next;
    T _data;
};

list的迭代器

迭代器就是可以像指针一样操控list，但是它又不是一种一般的指针，它是一种智能指针。并且有能力像普通指针一样，可已进行递增、递减、取值、成员存取等操作，即迭代器必须具有前移、后移的功能。
在list中插入和接合操作是不会造成原有的list迭代器失效，在删除元素中只有被指向删除元素的迭代器失效，其他的迭代器不会受任何影响。
综上所述，迭代器的设计如下：

template<typename T,typename Ref,typename Ptr>//传三个参数就可以不用判断是否为const参数
struct ListIterator
{
    //重定义迭代器名
    typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
    typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> self;

    //重定义参数
    typedef T value_type;
    typedef Ptr pointer;
    typedef Ref reference;
    typedef ListNode<T> Node;

    //结构体数据成员
    Node* _node;

    //构造函数
    ListIterator() {}
    ListIterator(Node* x)
        :_node(x)
    {}
    //拷贝构造
    ListIterator(const iterator& x)
        :Node(x._node)
    {}

    //重载判断运算符
    bool operator==(const self& x)const {
        return _node == x._node;
    }
    bool operator!=(const self& x)const {
        return _node != x._node;
    }

    //重载解引用运算符，返回值为引用
    reference operator*()const {
        return _node->_data;
    }
    //返回值为指针
    pointer operator->()const {
        return &(operator*());
    }

    //重载自加、自减函数
    self& operator++() {
        _node = _node->_next;
        return *this;
    }
    self& operator++(int) {
        self tmp = *this;
        ++*this;
        return tmp;
    }
    self& operator--() {
        _node = _node->_prev;
        return *this;
    }
    self& operator--(int) {
        self tmp = *this;
        --*this;
        return tmp;
    }
};

list的数据结构

SGI list不仅是一个双向链表，而且还是一个环状双向链表，所以它只需要一个指针，便可以完整表现整个链表，所以其结构如下：

template<typename T/*,typename Alloc = alloc*/>
//这里应该写空间配置器，由于实现比较复杂，所以直接用类自己实现
class List {
public:
    typedef ListNode<T> Node;
    typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
    typedef Node value_type;
    typedef Node* pointer;
    typedef Node& reference;

    //构造函数
    List()
        :_node(BuyNode(T()))
    {
        _node->_next = _node;
        _node->_prev = _node;
    }

    //拷贝构造函数
    List(const Node& x) 
        :_node(BuyNode(T()))
    {
        _node->_data = x;
        _node->_next = _head;
        _node->_prev = _head;
    }

    //赋值运算符重载
    reference operator=(Node& node) {
        if (this != &node) {
            _node->_data = node._data;
            _node->_next = node._next;
            _node->_prev = node._prev;
        }
    }

    //析构函数
    ~List() {
        if (_node != NULL) {
            Node* head = Begin()._node;
            Node* tail = End()._node;
            while (head != tail) {
                Node* tmp = head;
                head = head->_next;
                delete tmp;
            }
            delete _node;
        }
    }

    //返回list第一个节点
    iterator Begin() {
        return _node->_next;
    }

    //返回list最后一个节点的后一个地址，即list头指针
    iterator End() {
        return _node;
    }

    //判断list是否为空
    bool Empty()const {
        return _node->_next == _node;
    }

    //const版返回节点个数
    size_t Size()const {
        size_t count = 0;
        iterator begin = Begin();
        iterator end = End();
        while (begin != end) {
            ++count;
            ++begin;
        }
        return count;
    }

    //返回list节点个数
    size_t Size(){
        size_t count = 0;
        iterator begin = Begin();
        iterator end = End();
        while (begin != end) {
            ++count;
            ++begin;
        }
        return count;
    }

    //返回第一个节点的值引用
    reference Front() {
        return *(Begin()._node);
    }

    //返回最后一个节点值的引用
    reference Back() {
        return *((--End())._node);
    }

    //在迭代器之前插入一个值为x的节点
    iterator Insert(iterator position, const T& x) {
        Node* tmp = new Node(x);

        tmp->_next = position._node;
        tmp->_prev = position._node->_prev;

        position._node->_prev->_next = tmp;
        position._node->_prev = tmp;

        return position;
    }

    //头增
    void PushFront(const T& x) {
        Insert(Begin(), x);
    }

    //尾增
    void PushBack(const T& x) {
        Insert(End(), x);
    }

    //删除迭代器所指向的节点
    iterator Erase(iterator position) {
        Node* next = position._node->_next;
        Node* prev = position._node->_prev;

        prev->_next = next;
        next->_prev = prev;

        delete position._node;

        return iterator(next);
    }

    //头删
    void PopFront() {
        Erase(Begin());
    }

    //尾删
    void PopBack() {
        Erase(--End());
    }

    //打印list
    void Print() {
        iterator head = Begin();
        iterator tail = End();
        while (head._node != tail._node) {
            cout << head._node->_data << " ";
            head._node = head._node->_next;
        }
        cout << endl;
    }

    //在first和last之间查找值为x的迭代器
    iterator Find(iterator first, iterator last, const T& x) {
        for (; first != last; first++) if (*first == x) break;
        return first;
    }
protected:
    Node* BuyNode(const T& x) {    //申请节点
        return (new Node(x));
    }
protected:
    Node* _node;
};