C++ STL 容器 list

1. list 对象

std::list 底层是一个双向循环链表

list 对象本身包含一个头节点，通过指针指向元素节点，节点定义如下

在这里插入图片描述
头节点 header 和元素节点 node 都继承于基类 node_base

list<int> l;

所以 sizeof(l) = 8 + 8 + 8 = 24，一个 list 对象本身是 24 字节大小，头节点分配在栈上，而元素节点则通过 new 分配在堆上

具体模型如下图所示
在这里插入图片描述
可以看出，只要得到其中某个节点的迭代器，就可以以常数时间来进行插入和删除，但因为空间不连续，不支持快速随机访问

2. list 迭代器

2.1 实现

list 中的元素是不连续存储的，可不能像 vector 那样使用一个普通指针就能实现

想要通过这个迭代器访问每个元素，当然就需要 next 和 prev 指针了

这样，就可以使用 node_base 来实现，和 vector 一样，对这个进行封装，提供迭代器需要的功能

list 迭代器实现为双向迭代器，需要满足以下功能

运算	说明
*	解引用，得到迭代器指向元素的值
++it	前置递增，将迭代器指向下一个元素
it++	后置递增，将迭代器指向下一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
- -it	前置递减，将迭代器指向前一个元素
it- -	后置递减，将迭代器指向前一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
==，!=	比较两个迭代器是否相等

很容易想到，++ 和 - - 不就对应 next 和 prev 吗，所以实现起来还是很简单的

那么怎么构造这个迭代器呢

vector 的迭代器最终就是一个指针，可以通过 start 指针来构造 begin()，finish 指针构造 end()

现在 list 的迭代器是对 node_base 的封装，是头节点和元素节点的基类，所以可以通过多态来实现，我们可以使用 head->next ，即第一个元素来构造 list 的 begin() 了，迭代器是用来遍历元素节点的，所以头节点作为 end()，刚好 head->prev 是最后一个元素，即 end() - 1 是最后一个元素

实现如下

template<typename _Tp>
struct _List_iterator
{typedef _List_iterator<_Tp>		_Self;typedef _List_node<_Tp>			_Node;typedef ptrdiff_t				difference_type;typedef std::bidirectional_iterator_tag	iterator_category;typedef _Tp				value_type;typedef _Tp*				pointer;typedef _Tp&				reference;//...	// The only member points to the %list element.__detail::_List_node_base* _M_node;
};

对 node_base 进行封装

构造

 _List_iterator() _GLIBCXX_NOEXCEPT: _M_node() { }explicit_List_iterator(__detail::_List_node_base* __x) _GLIBCXX_NOEXCEPT: _M_node(__x) { }

解引用

// Must downcast from _List_node_base to _List_node to get to value.
_GLIBCXX_NODISCARD
reference
operator*() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return *static_cast<_Node*>(_M_node)->_M_valptr(); }_GLIBCXX_NODISCARD
pointer
operator->() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return static_cast<_Node*>(_M_node)->_M_valptr(); }

++ 、–

_Self&
operator++() _GLIBCXX_NOEXCEPT
{_M_node = _M_node->_M_next;return *this;
}_Self
operator++(int) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{_Self __tmp = *this;_M_node = _M_node->_M_next;return __tmp;
}_Self&
operator--() _GLIBCXX_NOEXCEPT
{_M_node = _M_node->_M_prev;return *this;
}_Self
operator--(int) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{_Self __tmp = *this;_M_node = _M_node->_M_prev;return __tmp;
}

比较

_GLIBCXX_NODISCARD
friend bool
operator==(const _Self& __x, const _Self& __y) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return __x._M_node == __y._M_node; }#if __cpp_impl_three_way_comparison < 201907L
_GLIBCXX_NODISCARD
friend bool
operator!=(const _Self& __x, const _Self& __y) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return __x._M_node != __y._M_node; }
#endif