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一、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

二、迭代器的功能分类

1、单向迭代器：只能++，不能–。例如单链表，哈希表；

2、双向迭代器：既能++也能–。例如双向链表；

3、随机访问迭代器：能+±-，也能+和-。例如vector和string。

迭代器是内嵌类型（内部类或定义在类里）

三、list的迭代器失效问题

对于list：插入操作是不会失效的，但是删除操作是会失效的，因为删除操作会进行释放节点

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。

错误代码：

void TestListIterator1()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给//其赋值l.erase(it); ++it;}
}

修改正确的代码：

void TestListIterator()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){l.erase(it++); // it = l.erase(it);}
}

四、list的迭代器模拟实现

4.1普通迭代器

迭代器的主要作用：解引用获取数据、++、–

我在模拟实现string、vector时都是用的原生指针，没有将迭代器用类进行封装，这是为了简易化，但是STL标准库也是用用类封装了迭代器。而我在模拟实现list迭代器时，不能用原生指针了，因为list的节点地址时不连续的，不能使用原生指针。

template <class T, class Ref, class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node *_node;__list_iterator(Node *node): _node(node){}Ref operator*(){return _node->_val;}Ptr operator->(){return &_node->_val;}Self &operator++(){_node = _node->_next;return *this;}Self operator++(int){Self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}Self &operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}bool operator!=(const Self &it)const{return _node != it._node;}bool operator==(const Self &it)const{return _node == it._node;}};

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这是用类封装了迭代器的作用，while循环的判断条件在迭代器的类里面进行了运算符重载，解引用也进行了运算符重载否则自定义类型是做不到用运算符的，这样做的目的是为了我们不暴露迭代器的底层实现给使用者，用统一的方式像指针一样就能访问迭代器，这就是封装的强大之处。

4.2 const迭代器

const迭代器的错误写法：

typedef __list_iterator<T> iterator;
const list<T>::iterator it=lt.begin();

因为typedef后，const修饰的是迭代器it，只能调用operator*(),调不了operator++()。（重载operator++()为const operator++()也不行,因为const版本++还是改变不了）

正确写法：想实现const迭代器，不能在同一个类里面动脑筋，需要再写一个const版本迭代器的类。

//用类封装const迭代器
template <class T>
struct __list_const_iterator
{typedef list_node<T> node;//用节点的指针进行构造__list_const_iterator(node* p):_pnode(p){}//迭代器运算符的重载const T& operator*()const{return _pnode->_data;}__list_const_iterator<T>& operator++()//返回值不要写成node*，因为迭代器++肯定返回迭代器啊，你返回节点指针类型不对{//return _pnode->_next;//返回类型错误的_pnode = _pnode->_next;return *this;//返回的是迭代器}__list_const_iterator<T>& operator--(){_pnode = _pnode->_prev;return *this;}bool operator!=(const __list_const_iterator<T>& it)const{return _pnode != it._pnode;}
public:node* _pnode;//封装一个节点的指针
};typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;

这样写会让代码显得冗余。STL库中是通过类模板多给一个参数来实现，这样，同一份类模板就可以生成两种不同的类型的迭代器（以下为仿STL库的模拟实现）：

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4.3 反向迭代器

反向迭代器的++就是正向迭代器的–，反向迭代器的–就是正向迭代器的++，因此反向迭代器的实现可以借助正向迭代器，即：反向迭代器内部可以包含一个正向迭代器，对正向迭代器的接口进行包装即可。

template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
class ReverseIterator
{
public:typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;ReverseIterator(Iterator it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp = _it;--tmp;return *tmp;}Ptr operator->(){return &operator*();}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self& operator--(){++_it;return *this;}bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator==(const Self& rit)const{return _it == rit.it;}
private:Iterator _it;
};

五、list和vector区别

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下：

1.底层结构

list:带头结点的双向循环链表

vector:动态顺序表，一段连续空间

2.迭代器失效

list:带头结点的双向循环链表

vector:在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效

3.使用场景

list：大量插入和删除操作，不关心随机访问

vector：需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率

4.随机访问

list：不支持随机访问，访问某个元素效率O(N)

vector：支持随机访问，访问某个元素效率****O(1)

5.插入和删除

list：任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1)

vector：任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低

六、list的模拟实现源码

#pragma once
#include <iostream>
#include <cassert>
#include <algorithm>
using namespace std;
namespace sqy
{template <class T>struct list_node{list_node(const T &val = T()): _prev(nullptr), _next(nullptr), _val(val){}list_node<T> *_prev;list_node<T> *_next;T _val;};template <class T, class Ref, class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node *_node;__list_iterator(Node *node): _node(node){}Ref operator*(){return _node->_val;}Ptr operator->(){return &_node->_val;}Self &operator++(){_node = _node->_next;return *this;}Self operator++(int){Self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}Self &operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}bool operator!=(const Self &it)const{return _node != it._node;}bool operator==(const Self &it)const{return _node == it._node;}};template <class Iterator, class Ref, class Ptr>class ReverseIterator{public:typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;ReverseIterator(Iterator it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp = _it;--tmp;return *tmp;}Ptr operator->(){return &operator*();}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self& operator--(){++_it;return *this;}bool operator!=(const Self& rit)const{return _it != rit._it;}bool operator==(const Self& rit)const{return _it == rit._it;}private:Iterator _it;};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 ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;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(end());}reverse_iterator rend(){return reverse_iterator(begin());}void empty_init(){_head = new Node;_head->_prev = _head;_head->_next = _head;_size = 0;}void swap(list<T> &lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}// list<T> &operator=(list<T> lt)// {//     if(this != &lt)//     {//         clear();//         for(auto& t : lt)//         {//             push_back(t);//         }//     }// }//现代写法赋值运算符重载list<T> &operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}list(){empty_init();}list(const list<T> &lt){empty_init();for (auto &t : lt){push_back(t);}}~list(){clear();delete _head;_size = 0;}void push_back(const T &x){// Node * tail = _head->_prev;// Node * newnode = new Node(x);// tail->_next = newnode;// newnode->_prev = tail;// newnode->_next = _head;// _head->_prev = newnode;// ++_size;insert(end(), x);}void push_front(const T &x){// Node * tail = _head->_prev;// Node * newnode = new Node(x);// tail->_next = newnode;// newnode->_prev = tail;// newnode->_next = _head;// _head->_prev = newnode;// ++_size;insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}iterator insert(iterator pos, const T &x){Node *newnode = new Node(x);Node *prev = pos._node->_prev;newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;newnode->_next = pos._node;pos._node->_prev = newnode;_size++;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(_size != 0);Node *prev = pos._node->_prev;Node *tail = pos._node->_next;Node *cur = pos._node;prev->_next = tail;tail->_prev = prev;delete cur;--_size;return pos;}// 链表小接口bool empty() const{return _head->_next == _head;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it);++it;}}size_t size() const{return _size;}private:Node *_head;size_t _size = 0; // 元素个数};void Test_list1(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// list<int>::iterator it1 = lt2.begin();// while (it1 != lt2.end())// {//     cout << *it1 << " ";//     ++it1;// }// cout << endl;// list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();// while(rit != lt.rend())// {//     cout << *rit <<endl;//     ++rit;// }}
}