C++相关概念和易错语法（16）（list）

1.list易错点

（1）慎用list的sort，list的排序比vector慢得多，尽管两者时间复杂度一样，甚至不如先把list转为vector，用vector排完序后再转为list

（2）splice是剪切链表，将x的部分剪切到pos后，也可以自己剪自己的

（3）list迭代器不支持[]运算符，但相比较vector多支持了push_front和pop_front，原因在于[]效率不高，push_front和pop_front效率高

2.list模拟实现

list实现中我们会用到多个模板，注意每个template定义的模板参数都只能供当前类或函数使用，不存在一个文件中所有T都是一个意思

（1）结点

为了适应不同数据的存储，我们采用模板的方式来定义结点。为了能够体现封装特性，我们将创建结点并赋值作为一个构造函数写入类ListNode中。因为在接下来的class list中会频繁调用lt->next，即在外部访问LIstNode的成员变量，所以我们的ListNode使用struct，默认访问限定符是public

（2）无参构造和析构

我们的list是带头双向循环链表，所以所有的构造都需要定义一个哨兵位

还有很多带参的构造，虽然这里我们可以去实现，但是它们需要使用到的功能和后面的函数相符合，所以我会先实现后续的函数。

析构只需要遍历所有节点，将它们释放即可

（3）迭代器

list的迭代器和指针就拉开了差距，list的数据是不连续存储的，因此无法使用指针的加减来遍历list。我们需要定义一个iterator的类，在这个类里重载运算符++、*等操作，使它们在使用过程中和指针一致但能够正常访问数据。

我们使用ListNode*作为结点的标识，当++时就调用它的_next，--就调用它的_prev，*就返回对应_data的值。有了这个思路，迭代器的大部分功能我们都可以顺利实现了。

template<class T, class T1 = T>struct List_iterator{typedef ListNode<T> Node;typedef List_iterator<T, T1> iterator;List_iterator(Node* node):_curnode(node){}iterator operator++(){_curnode = _curnode->_next;return _curnode;}iterator operator--(){_curnode = _curnode->_prev;return _curnode;}		iterator operator++(int){_curnode = _curnode->_next;return _curnode->_prev;}		iterator operator--(int){_curnode = _curnode->_prev;return _curnode->_next;}T1& operator*()//对于const T无法进行修改{return _curnode->_data;}T1* operator->()//对于const T无法进行修改{return &(_curnode->_data);}bool operator!=(const List_iterator lt) const{return _curnode != lt._curnode;}bool operator==(const List_iterator lt) const{return _curnode == lt._curnode;}Node* _curnode;};

但是这里面还有一些代码需要解释

a.operator->()

要理解这里，我们要思考迭代器本身想要模仿的是指向数据的指针，如果存储类型是int，对应iterator和int*的使用方式一模一样，类似地，像char、double、int*等内置类型是这样，那么自定义类型呢？operator->()就是为了模仿自定义类型的指针而专门设计的。

我们先将T1就看成T，T是一个结构体，里面有自己的成员变量，当我们使用结构体指针想要访问它们时，我们首先要拿到这个结构体的地址，再用->访问，这里的iterator也是如此，_data是结构体类型，我们直接先指向这个结构体内容本身，即_curnode->_data，这个表达式的返回值是一个结构体，也就是我们想要访问的结构体，但是我们是要模拟指针的操作，要使用->而不是.，所以我们要再对它取地址，即&(_curnode->_data)，这样返回的就是一个指向_data的指针了，当我们调用it.operator->()->(成员变量)时就能访问结构体内部的成员变量了，简化为it->(成员变量)，省略了一个->为了易读性。

b.T1和T的区分

在我们想要创建一个const_iterator时，T1的出现就很重要了。

当不传第二个模板参数时，默认和第一个一样，如果传了const T，那就使用传的参数

对于这两个要返回指针或引用的函数，加上const修饰T可以防止T被修改。那为什么不直接用const T一个参数呢？要注意const int和int是两个类型，对于一些自定义类型来说有很大区别，所以要分成两块来写。

有了上面的基础，反向迭代器也可以很快的完成，思路就是复用，用刚刚实现的正向迭代器稍加修改得到。

template<class T, class T1 = T>struct List_reverse_iterator{typedef ListNode<T> Node;typedef List_iterator<T, T1> iterator;typedef List_reverse_iterator<T, T1> reverse_iterator;List_reverse_iterator(Node* node):_it(node){}List_reverse_iterator(iterator it):_it(it){}reverse_iterator operator++(){return --_it;}reverse_iterator operator--(){return ++_it;}reverse_iterator operator++(int){return _it--;}reverse_iterator operator--(int){return _it++;}T1& operator*()//对于const T无法进行修改{return *_it;}T1* operator->()//对于const T无法进行修改{return &(*_it);}bool operator!=(const List_reverse_iterator lt) const{return _it != lt._it;}bool operator==(const List_reverse_iterator lt) const{return _it == lt._it;}iterator _it;};

（4）push_back

push_back是非常关键的一个函数，在构造函数中，我们经常用到它

先用val创建一个newnode，找到尾节点并修改尾节点和哨兵位的_prev和_next使得newnode插入链表中

（5）insert

我们实现insert的方式是先实现一个可复用性最强的函数（迭代器版本的insert），再用它实现其它函数

后续的函数只需要调整参数复用即可

iterator insert(iterator pos, int n, int val)//特殊处理，防止定位错误
{return insert(pos, (size_t)n, (T)val);
}iterator insert(iterator pos, size_t n, const T& val)
{list<T> tmp;for (size_t count = 0; count < n; count++){tmp.push_back(val);}return insert(pos, tmp.begin(), tmp.end());
}		iterator insert(iterator pos, const T& val)
{return insert(pos, 1, val);
}

其中有一个函数需要解释

当我们调用insert(lt.begin(), 1, 3)时，是想在首位置插入1个3，但是编译器会将1，3识别成迭代器（注意看我们之前已经实现了模板函数，1和3同类型是会匹配的），size_t和const int&虽然都能作为1和3的类型，但它们都不叫完美匹配，不完美匹配就会去找模板函数。

注意各大整型家族的区别，10u是unsigned int类型。

因此我们只有针对这一种情况进行单独处理，将它们强转后就可以匹配正确的函数了。

（6）erase

我们的思路也是先实现一个可复用性最强的，再对其它函数复用。这些函数逻辑都很简单，不做过多讲解。

（7）带参构造

这里我们就可以发现，只要有了push_back，insert，我们实现这些带参构造就很快了，我们要学会复用，即实现最关键的几个函数，其它的函数用这几个核心的函数套用就可以了，这不仅节省了我们的时间，还使得代码易于维护，失误率降低。

list(size_t n, const T& val)
{_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;for (size_t count = 0; count < n; count++){push_back(val);}
}list(const list<T>& lt)
{_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;for (const auto& e : lt){push_back(e);}
}template<class Init>
list(Init first, Init last)
{_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;insert(begin(), first, last);
}

（8）全部代码（包含一些边缘性的函数）

注意模板函数是按需实例化，只检查调用的实例化的函数，不调用就不实例化

#pragma once#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <assert.h>using namespace std;namespace my_list
{template<class T>struct ListNode{ListNode(const T& data = T()):_data(data), _next(nullptr), _prev(nullptr){}T _data;ListNode<T>* _next;ListNode<T>* _prev;};template<class T, class T1 = T>struct List_iterator{typedef ListNode<T> Node;typedef List_iterator<T, T1> iterator;List_iterator(Node* node):_curnode(node){}iterator operator++(){_curnode = _curnode->_next;return _curnode;}iterator operator--(){_curnode = _curnode->_prev;return _curnode;}		iterator operator++(int){_curnode = _curnode->_next;return _curnode->_prev;}		iterator operator--(int){_curnode = _curnode->_prev;return _curnode->_next;}T1& operator*()//对于const T无法进行修改{return _curnode->_data;}T1* operator->()//对于const T无法进行修改{return &(_curnode->_data);}bool operator!=(const List_iterator lt) const{return _curnode != lt._curnode;}bool operator==(const List_iterator lt) const{return _curnode == lt._curnode;}Node* _curnode;};template<class T, class T1 = T>struct List_reverse_iterator{typedef ListNode<T> Node;typedef List_iterator<T, T1> iterator;typedef List_reverse_iterator<T, T1> reverse_iterator;List_reverse_iterator(Node* node):_it(node){}List_reverse_iterator(iterator it):_it(it){}reverse_iterator operator++(){return --_it;}reverse_iterator operator--(){return ++_it;}reverse_iterator operator++(int){return _it--;}reverse_iterator operator--(int){return _it++;}T1& operator*()//对于const T无法进行修改{return *_it;}T1* operator->()//对于const T无法进行修改{return &(*_it);}bool operator!=(const List_reverse_iterator lt) const{return _it != lt._it;}bool operator==(const List_reverse_iterator lt) const{return _it == lt._it;}iterator _it;};template<class T>class list{public:typedef ListNode<T> Node;typedef List_iterator<T> iterator;typedef List_iterator<T, const T> const_iterator;typedef List_reverse_iterator<T> reverse_iterator;typedef List_reverse_iterator<T, const T> const_reverse_iterator;list(){_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;}list(size_t n, const T& val){_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;for (size_t count = 0; count < n; count++){push_back(val);}}list(const list<T>& lt){_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;for (const auto& e : lt){push_back(e);}}template<class Init>list(Init first, Init last){_head = new Node;_head->_next = _head->_prev = _head;insert(begin(), first, last);}~list(){Node* cur = _head->_next, * next = _head->_next->_next;while (cur != _head){delete cur;cur = next, next = next->_next;}delete _head;_head = nullptr;}size_t size(){size_t count = 0;for (const auto& e : *this){count++;}return count;}bool empty(){return _head->_next == _head;}list<T>& operator=(const list<T>& lt){if (lt._head != _head){clear();for (const auto& e : lt){push_back(e);}}return *this;}T& front(){return *begin();}		T& back(){return *(--end());}		const T& front() const{return *begin();}		const T& back() const{return *(--end());}void swap(const list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);}iterator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}		const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}reverse_iterator rbegin(){return reverse_iterator(_head->_prev);}reverse_iterator rend(){return reverse_iterator(_head);}const_reverse_iterator rbegin() const{return const_reverse_iterator(_head->_prev);}const_reverse_iterator rend() const{return const_reverse_iterator(_head);}void push_back(const T& val){Node* newnode = new Node(val);Node* tail = _head->_prev;tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;}		void push_front(const T& val){insert(begin(), 1, val);}void pop_front(){erase(begin());}void pop_back(){erase(--end());}template<typename Input>iterator insert(iterator pos, Input first, Input last){Node* cur = pos._curnode->_prev, * next = cur->_next;Node* ret = cur;while (first != last){Node* newnode = new Node((T)(*first));cur->_next = newnode, newnode->_prev = cur;newnode->_next = next, next->_prev = newnode;cur = cur->_next;first++;}return ret->_next;//新插入的第一个结点对应的迭代器，有隐式类型转换}iterator insert(iterator pos, int n, int val)//特殊处理，防止定位错误{return insert(pos, (size_t)n, (T)val);}iterator insert(iterator pos, size_t n, const T& val){list<T> tmp;for (size_t count = 0; count < n; count++){tmp.push_back(val);}return insert(pos, tmp.begin(), tmp.end());}		iterator insert(iterator pos, const T& val){return insert(pos, 1, val);}iterator erase(iterator first, iterator last){Node* cur = first._curnode->_prev, * next = last._curnode;iterator nextit = first;while (first != last){nextit++;delete first._curnode, first = nextit;}cur->_next = next, next->_prev = cur;return cur->_next;}iterator erase(iterator pos){iterator cur = pos;return erase(pos, ++cur);}void clear(){erase(begin(), end());}private:Node* _head;};}

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