本文深入介绍了C++标准库中的list容器，包括它的特点、使用方法、构造函数、迭代器的使用以及其他关键函数。list作为双向链表实现，适合频繁的插入和删除操作，但不支持随机访问。文章还详细解析了list的迭代器失效情况，并给出了list的模拟实现代码，展示了如何创建、遍历和操作list节点。
目录
1.list的介绍
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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来说这可能是一个重要的因素)
2.list的使用
https://cplusplus.com/reference/list/list/
2.1 list的构造函数
| 构造函数（ (constructor)） | 接口说明 |
| list (size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造的list中包含n个值为val的元素 |
| list() | 构造空的list |
| list (const list& x) | 拷贝构造函数 |
| list (InputIterator first, InputIterator last) | 用[first, last)区间中的元素构造list |
2.2 list的迭代器的使用
| 函数声明 | 接口说明 |
| begin + end | 返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器 |
| rbegin + rend | 返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位置的 reverse_iterator,即begin位置 |
【注意】
1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
2. rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动
2.3 其他函数
| 函数声明 | 接口说明 |
| front | 返回list的第一个节点中值的引用 |
| back | 返回list的最后一个节点中值的引用 |
| push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
| pop_front | 删除list中第一个元素 |
| push_back | 在list尾部插入值为val的元素 |
| pop_back | 删除list中最后一个元素 |
| insert | 在list position 位置中插入值为val的元素 |
| erase | 删除list position位置的元素 |
| swap | 交换两个list中的元素 |
| clear | 清空list中的有效元素 |
2.4 list的迭代器失效
暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。
改正
3.list的模拟实现
list.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include"reverse_iterator.h"
using namespace std;
namespace lj
{
template<class T>
struct list_node
{
T data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
list_node(const T& x = T())
:data(x)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct _list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr>const_iterator;
typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category;
typedef T value_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef ptrdiff_t difference_type;
Node* _node;
_list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
bool operator != (const iterator& it)const
{
return _node != it._node;
}
bool operator == (const iterator& it)const
{
return _node == it._node;
}
//*it -- it.operator*()------ it->data
Ref& operator*()
{
return _node->data;
}
// T* opreator->()
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
//++it
iterator& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//it++
iterator operator++(T)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
//--it
iterator& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
//it--
iterator operator--(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
};
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;
typedef _reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef _reverse_iterator<const_iterator, const T&, T*> const_reverse_iterator;
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head->_prev = _head;
}
template <class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(first);
++first;
}
}
void swap(list<T>& x)
{
std::swap(_head, x._head);
}
//lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void empty_init()
{
//创建并初始化哨兵位的头结点
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
const_iterator begin()const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
void push_back(const T& x)
{
/* Node* _newnode = new Node(x);
_head->_prev->_next = _newnode;
_newnode->_next = _head;
_newnode->_prev = _head->_prev;
_head->_prev = _newnode;*/
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
next->_prev = prev;
prev->_next = next;
delete cur;
return iterator(next);
}
iterator insert(iterator pos,const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
prev->_next = newnode;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
private:
Node* _head;
};
}reverse_iterator.h（适配器）
#pragma once
namespace lj
{
//复用，迭代器适配器
template <class Iterator,class Ref,class Ptr>
struct _reverse_iterator
{
Iterator _cur;
typedef _reverse_iterator<Iterator, Ref , Ptr> RIterator;
_reverse_iterator(Iterator it)
:_cur(it)
{
}
RIterator operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
RIterator operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
Ref operator*()
{
//return *_cur;
auto tmp = _cur;
--tmp;
return *tmp;
}
Ptr operator->()
{
//return _cur.operator->();
return &(operator*());
}
bool operator!=(const RIterator& it)
{
return _cur != it._cur;
}
};
}
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