相比于 vector 的連續(xù)線性空間，list 采用的是零散的空間，它的好處是每次插入或刪除一個(gè)元素，就配置或釋放一個(gè)元素空間。
list 是支持常數(shù)時(shí)間從容器任何位置插入和移除元素容器，但不支持快速隨機(jī)訪問(wèn)。list 通常實(shí)現(xiàn)為雙向鏈表，與 forward_list 相比，list 的迭代器可以向前移動(dòng)，但也因此需要在節(jié)點(diǎn)中多開(kāi)辟一個(gè)指針變量，在空間上效率稍低。
文章完整代碼：List · 秦1230/STL study
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重慶分公司
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namespace qgw {/// @brief list 中每個(gè)節(jié)點(diǎn)
/// @tparam T 節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的類型
templatestruct _list_node {_list_node(const T& data = val()); // 節(jié)點(diǎn)類的構(gòu)造函數(shù)
_list_node* _prev; // 指向前一節(jié)點(diǎn)
_list_node* _next; // 指向后一節(jié)點(diǎn)
T _data; // 存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
};
/// @brief list 的迭代器
/// @tparam T list 數(shù)據(jù)的類型
/// @tparam Ref 數(shù)據(jù)的引用類型
/// @tparam Ptr 數(shù)據(jù)的指針類型
templatestruct _list_iterator {typedef _list_iteratoriterator;
typedef _list_iteratorself;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef _list_nodelist_node;
// 構(gòu)造函數(shù)
_list_iterator(list_node* node = nullptr);
// 各種運(yùn)算符重載
bool operator==(const self& x) const;
bool operator!=(const self& x) const;
reference operator*() const;
pointer operator->() const;
self& operator++();
self operator++(int);
self& operator--();
self operator++(int);
list_node* _node; // 指向?qū)?yīng)的 list 節(jié)點(diǎn)
};
templateclass list {public:
typedef T* pointer;
typedef const T* const_pointer;
typedef T& reference;
typedef const T& const_reference;
typedef _list_nodelist_node;
typedef _list_iterator iterator;
typedef _list_iteratorconst_iterator;
public:
// 默認(rèn)成員函數(shù)
list();
list(const list& other);
list& operator=(const list& other);
~list();
// 元素訪問(wèn)
reference front();
const_reference front() const;
reference back();
const_reference back() const;
// 迭代器
iterator begin();
const_iterator begin() const;
iterator end();
const_iterator end() const;
// 容量
bool empty() const;
size_t size() const;
// 修改器
void clear();
iterator insert(iterator pos, const_reference val);
void push_front(const_reference val);
void push_back(const_reference val);
iterator erase(iterator pos);
void pop_front();
void pop_back();
void swap(list& other);
// 操作
void splice(iterator pos, list& other);
void splice(iterator pos, list& other, iterator it);
void splice(iterator pos, list& other, iterator first, iterator last);
void merge(list& other);
void remove(const_reference value);
void reverse();
void unique();
private:
list_node* _node; // 指向鏈表頭節(jié)點(diǎn)
};
} list 的節(jié)點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)成一個(gè) _list_node 類，里面有三個(gè)成員變量，分別為前后指針和數(shù)據(jù)。
它的構(gòu)造函數(shù)將數(shù)據(jù)初始化為給定數(shù)據(jù)，再將前后指針初始化為空即可。
/// @brief 節(jié)點(diǎn)類的構(gòu)造函數(shù)
/// @param data 用來(lái)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的初值
_list_node(const T& data = T())
: _data(data) {_prev = nullptr;
_next = nullptr;
}
SGI list 不僅是一個(gè)雙向鏈表，還是一個(gè)帶頭的循環(huán)鏈表。
/// @brief 構(gòu)造一個(gè)空鏈表
list() {_node = new list_node; // 創(chuàng)建一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)
_node->_prev = _node; // 前面指向自己
_node->_next = _node; // 后面指向自己
}
list 的析構(gòu)函數(shù)，先調(diào)用 clear 釋放數(shù)據(jù)資源，再 delete 掉頭節(jié)點(diǎn)即可。
/// @brief 釋放資源
~list() {clear();
delete _node;
_node = nullptr;
}用另一容器創(chuàng)建新對(duì)象。
先申請(qǐng)一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)，然后遍歷 other 容器，將 other 中的數(shù)據(jù)逐一尾插到 *this 中。
/// @brief 用給定容器初始化
/// @param other 用來(lái)初始化的容器
list(const list& other) {_node = new list_node;
_node->_next = _node;
_node->_prev = _node;
for (const auto& e : other) {push_back(e);
}
} 先創(chuàng)建給定容器的拷貝 tmp，然后交換 *this 和 tmp，最后返回 *this。
/// @brief 替換容器內(nèi)容
/// @param other 用作數(shù)據(jù)源的另一容器
/// @return *this
list& operator=(const list& other) {// tmp 出了作用域就銷毀了
listtmp(other);
swap(tmp);
// 返回引用可以連續(xù)賦值
return *this;
} list 的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)存中不是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此不能使用原生指針作為 list 的迭代器。list 的迭代器必須有能力指向 list 的節(jié)點(diǎn)，并能夠正確的遞增、遞減、取值、成員存取等操作。正確的操作是指：遞增時(shí)指向下一節(jié)點(diǎn)，遞減時(shí)指向上一節(jié)點(diǎn)，取值時(shí)取的是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，成員取用的是節(jié)點(diǎn)的成員。
由于 STL list 是一個(gè)雙向鏈表（double linked-list），迭代器必須具備前移、后移的能力，所以 list 提供的是 Bidirectional Iterators。
list 的迭代器中成員變量只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)指針，將其指向給定節(jié)點(diǎn)即可。
/// @brief list 迭代器的構(gòu)造函數(shù)
/// @param node 用來(lái)構(gòu)造的節(jié)點(diǎn)
_list_iterator(list_node* node = nullptr) {_node = node;
}判斷兩迭代器指向的節(jié)點(diǎn)是否為同一個(gè)，直接比較迭代器中節(jié)點(diǎn)的指針即可。切記不能比較指針中的值，因?yàn)椴煌?jié)點(diǎn)的值可能相同。
/// @brief 判斷兩迭代器指向的節(jié)點(diǎn)是否相同
/// @param x 用來(lái)比較的迭代器
/// @return 相同返回 true，不同返回 false
bool operator==(const self& x) const {return _node == x._node;
}!= 的比較方法和 == 一樣。
/// @brief 判斷兩迭代器指向的節(jié)點(diǎn)是否不同
/// @param x 用來(lái)比較的迭代器
/// @return 不同返回 true，相同返回 false
bool operator!=(const self& x) const {return _node != x._node;
}迭代器是模仿指針的，讓我們可以像使用指針一樣。因此可以對(duì)迭代器進(jìn)行解引用操作，該操作得到的是迭代器中節(jié)點(diǎn)指針指向的數(shù)據(jù)，并且返回引用，因?yàn)橛锌赡苄薷脑摂?shù)據(jù)。
/// @brief 獲取指向節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)值
/// @return 返回指向節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的引用
reference operator*() const {return _node->_data;
}->運(yùn)算符的重載稍顯復(fù)雜，讓我們先看下面這個(gè)場(chǎng)景。
也就是 list 中存儲(chǔ)的是自定義類型，自定義類型中又有多個(gè)成員變量，我們想取出指定的成員變量，當(dāng)然這里用 . 也可以做到。
// 有一個(gè)學(xué)生類，里面有姓名和學(xué)號(hào)兩個(gè)成員
struct Stu {string name;
string id;
};
lists;
Stu s1 = {"qgw", "001" };
Stu s2 = {"wlr", "002" };
s.push_back(s1);
s.push_back(s2);
list::iterator ptr = s.begin();
// 輸出第一個(gè)學(xué)生的姓名和學(xué)號(hào)
cout<< (*ptr).name<< endl;
cout<< s.begin()->id<< endl; /// @brief 獲取節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)的地址
/// @return 返回節(jié)點(diǎn)指向的數(shù)據(jù)的地址
pointer operator->() const {return &(operator*());
}看到這你可能會(huì)疑惑，operator->返回的是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的地址，也是說(shuō)上面s.begin()->得到的是一個(gè)地址，那這條語(yǔ)句是怎么執(zhí)行的？
實(shí)際上這里確實(shí)應(yīng)該有兩個(gè)箭頭像這樣s.begin()->->id，但這種方式的可讀性太差了，所以編譯器對(duì)此做了優(yōu)化，在編譯為我們添加一個(gè)箭頭。
operator++ 運(yùn)算符的作用十分清晰，就是讓迭代器指向鏈表中下一節(jié)點(diǎn)。
前置實(shí)現(xiàn)的思路是：通過(guò)迭代器中的節(jié)點(diǎn)指針找到下一節(jié)點(diǎn)，然后賦值給迭代器中的節(jié)點(diǎn)指針。
后置實(shí)現(xiàn)的思路是：先保存當(dāng)前位置迭代器，然后調(diào)用前置 ++，最后返回臨時(shí)變量。
需要注意的是：前置 ++ 返回的是前進(jìn)后迭代器的引用，后置 ++ 返回的是一個(gè)臨時(shí)變量。
/// @brief 前置++
/// @return 返回前進(jìn)一步后的迭代器
self& operator++() {_node = _node->_next;
return *this;
}
/// @brief 后置++
/// @param 無(wú)作用，只是為了與前置 ++ 進(jìn)行區(qū)分，形成重載
/// @return 返回當(dāng)前的迭代器
self operator++(int) {self tmp = *this;
// 直接調(diào)用前置 ++
++(*this);
return tmp;
}前置實(shí)現(xiàn)的思路是：通過(guò)迭代器中的節(jié)點(diǎn)指針找到前一節(jié)點(diǎn)，然后賦值給迭代器中的節(jié)點(diǎn)指針。
后置實(shí)現(xiàn)的思路是：先保存當(dāng)前位置迭代器，然后調(diào)用前置 --，最后返回臨時(shí)變量。
/// @brief 前置 --
/// @return 返回后退一步后的迭代器
self& operator--() {_node = _node->_prev;
return *this;
}
/// @brief 后置 --
/// @param 無(wú)作用，只是為了與前置 -- 進(jìn)行區(qū)分，形成重載
/// @return 返回當(dāng)前的迭代器
self operator--(int) {self tmp = *this;
--(*this);
return tmp;
}front 獲取第一個(gè)元素的引用，直接用 begin 獲取指向第一個(gè)元素的迭代器，再解引用即可。
/// @brief 返回容器首元素的引用
/// @return 首元素的引用
reference front() {return *begin();
}
// 與上面唯一不同就是用于 const 容器
const_reference front() const {return *begin();
}end 獲取最后一個(gè)元素的引用，先用 end 獲取最后一個(gè)元素下一位置的迭代器，再回退一步，然后解引用就可以了。
/// @brief 返回容器中最后一個(gè)元素的引用
/// @return 最后元素的引用
reference back() {return *(--end());
}
const_reference back() const {return *(--end());
}在 begin 和 end 實(shí)現(xiàn)之前，我們先來(lái)看下 list 的示意圖，下圖為有 3 個(gè)元素的鏈表：
begin 獲取的是首元素的迭代器，根據(jù)上圖，begin 的實(shí)現(xiàn)也就非常清晰了，直接返回頭節(jié)點(diǎn)的下一位置即可。
/// @brief 返回指向 list 首元素的迭代器
/// @return 指向首元素的迭代器
iterator begin() {// 根據(jù)節(jié)點(diǎn)指針構(gòu)造迭代器
return iterator(_node->_next);
}
// const 版本供 const 容器使用
const_iterator begin() const {return const_iterator(_node->_next);
}end 獲取的是最后一個(gè)元素下一個(gè)位置的迭代器，根據(jù)上圖就是 _node 所指向的節(jié)點(diǎn)。
/// @brief 返回指向 list 末元素后一元素的迭代器
/// @return 指向最后元素下一位置的迭代器
iterator end() {// 調(diào)用 iterator 構(gòu)造函數(shù)
return iterator(_node);
}
const_iterator end() const {return const_iterator(_node);
}begin 和 end 指向相同，說(shuō)明鏈表此時(shí)只有一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)，鏈表為空。
/// @brief 檢查容器是否無(wú)元素
/// @return 若容器為空則為 true，否則為 false
bool empty() const {return begin() == end();
}size 函數(shù)的作用是返回容器中元素的數(shù)量。
在 C++ 11 前，該函數(shù)的復(fù)雜度可能是常數(shù)的，也可能是線性的。從 C++ 11 起該函數(shù)的復(fù)雜度為常數(shù)。
下面代碼的時(shí)間復(fù)雜度是線性的，要想改成常數(shù)也很簡(jiǎn)單，只需要在 list 中開(kāi)辟一個(gè)成員變量記錄個(gè)數(shù)即可。
/// @brief 返回容器中的元素?cái)?shù)
/// @return 容器中的元素?cái)?shù)量
size_t size() const {size_t sz = 0;
auto it = begin();
while (it != end()) {++it;
++sz;
}
return sz;
}下圖為：只有 0、1 兩個(gè)元素的鏈表，在 1 之前插入元素值為 2 的節(jié)點(diǎn)的示意圖。
插入的思路比較清晰：
/// @brief 插入元素到容器中的指定位置
/// @param pos 將內(nèi)容插入到 pos 之前
/// @param val 要插入的元素值
/// @return 指向被插入 val 的迭代器
iterator insert(iterator pos, const_reference val) {list_node* tmp = new list_node(val); // 創(chuàng)建要插入的節(jié)點(diǎn)
tmp->_next = pos._node; // (1)
tmp->_prev = pos._node->_prev; // (2)
(pos._node->_prev)->_next = tmp; // (3)
pos._node->_prev = tmp; // (4)
return tmp;
}push_front 的作用是在第一個(gè)元素之前插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直接調(diào)用 insert 在 begin 之前插入就行。
/// @brief 添加給定元素 val 到容器起始
/// @param val 要添加的元素值
void push_front(const_reference val) {insert(begin(), val);
}push_back 的作用是在容器的最后添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直接調(diào)用 insert 在 end 之前插入就行。
/// @brief 添加給定元素 val 到容器尾
/// @param val 要添加的元素值
void push_back(const_reference val) {insert(end(), val);
}下圖為：有三個(gè)元素 0、1、2 的鏈表，刪除 pos 指向節(jié)點(diǎn)（值為 1）的示意圖。
刪除的思路也很清晰：
/// @brief 從容器擦除指定的元素
/// @param pos 指向要移除的元素的迭代器
/// @return 最后移除元素之后的迭代器
iterator erase(iterator pos) {list_node* nextNode = pos._node->_next; // 記錄 pos 指向節(jié)點(diǎn)的下一節(jié)點(diǎn)
list_node* prevNode = pos._node->_prev; // 記錄 pos 指向節(jié)點(diǎn)的前一節(jié)點(diǎn)
prevNode->_next = nextNode; // (1)
nextNode->_prev = prevNode; // (2)
delete (pos._node);
return (iterator)nextNode;
}pop_front 移除容器第一個(gè)元素，也就是 begin 指向的節(jié)點(diǎn)。
/// @brief 移除容器首元素
void pop_front() {erase(begin());
}pop_back 移除容器最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是 end 指向的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
/// @brief 移除容器的末元素
void pop_back() {erase(--end());
}clear 用于清空容器所有數(shù)據(jù)，不清理頭節(jié)點(diǎn)。
采用遍歷的方式調(diào)用 erase 刪除每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
/// @brief 從容器擦除所有元素
void clear() {iterator it = begin();
while (it != end()) {it = erase(it);
}
}swap 用來(lái)交換兩個(gè) list 容器，不用交換 list 中每個(gè)元素的值，直接交換 _node 指針即可。
/// @brief 將內(nèi)容與 other 的交換
/// @param other 要與之交換內(nèi)容的容器
void swap(list& other) {std::swap(_node, other._node);
}在實(shí)現(xiàn)該函數(shù)之前，先來(lái)看下 list 內(nèi)部的一個(gè)函數(shù) transfer。
list 內(nèi)部提供一個(gè)遷移操作（transfer）：將某連續(xù)范圍的元素遷移都某個(gè)特定位置之前。
這個(gè)函數(shù)比上面所寫的要復(fù)雜的多，要對(duì)著圖仔細(xì)思考。
/// @brief 將 [first, last) 范圍的所有元素移動(dòng)到 pos 之前
/// @param pos 將內(nèi)容移動(dòng)到 pos 之前
/// @param first 范圍起始位置
/// @param last 范圍結(jié)束位置
void transfer(iterator pos, iterator first, iterator last) {if (pos != last) {last._node->_prev->_next = pos._node; // (1)
first._node->_prev->_next = last._node; // (2)
pos._node->_prev->_next = first._node; // (3)
list_node* tmp = pos._node->_prev; // (4)
pos._node->_prev = last._node->_prev; // (5)
last._node->_prev = first._node->_prev; // (6)
first._node->_prev = tmp; // (7)
}
}
有了上面的函數(shù)，splice 的實(shí)現(xiàn)也就非常簡(jiǎn)單了，下面共有三個(gè)重載實(shí)現(xiàn)：
根據(jù)要轉(zhuǎn)移的元素選擇調(diào)用不同的函數(shù)。
/// @brief 將 other 接合于 pos 所指位置之前，兩者不能是同一 list
/// @param pos 將內(nèi)容插入到它之前
/// @param other 要從它轉(zhuǎn)移內(nèi)容的另一容器
void splice(iterator pos, list& other) {if (!other.empty()) {transfer(pos, other.begin(), other.end());
}
}
/// @brief 將 it 所指元素接合到 pos 所指位置之前
/// @param pos 將內(nèi)容插入到它之前
/// @param other 要從它轉(zhuǎn)移內(nèi)容的另一容器
/// @param it 從 other 轉(zhuǎn)移到 *this 的元素
void splice(iterator pos, list& other, iterator it) {// 取得一個(gè) [i, j) 的范圍，使得能調(diào)用 transfer
iterator j = it;
++j;
// 檢查是否有必要執(zhí)行
// pos == it 時(shí)說(shuō)明 pos 和 it 指向的是同一節(jié)點(diǎn)
// pos == j 時(shí)說(shuō)明，it 剛好在 pos 之前
if (pos == it || pos == j) {return;
}
transfer(pos, it, j);
}
/// @brief 將 [first, last) 內(nèi)的所有元素接合于 pos 所指位置之前
/// @param pos 將內(nèi)容插入到它之前
/// @param first 起始位置
/// @param last 結(jié)束位置
void splice(iterator pos, list& other, iterator first, iterator last) {if (first != last) {transfer(pos, first, last);
}
}merge 函數(shù)和歸并排序中的合并操作類似，該函數(shù)的作用是：合并兩個(gè)已遞增排序的鏈表。
/// @brief 合并兩個(gè)遞增鏈表，合并到 *this 上
/// @param other 要合并的另一容器
void merge(list& other) {iterator first1 = begin();
iterator end1 = end();
iterator first2 = other.begin();
iterator end2 = other.end();
while (first1 != end1 && first2 != end2) {if (*first2< *first1) {iterator next = first2;
transfer(first1, first2, ++next);
first2 = next;
} else {++first1;
}
}
if (first2 != end2) {// 將 other 鏈表剩余元素合并到 *this 中
transfer(first1, first2, end2);
}
}remove 用來(lái)刪除 list 中值等于 val 的元素，直接遍歷鏈表，找到就刪除。
/// @brief 移除等于 val 元素
/// @param val 要移除的元素的值
void remove(const T& val) {iterator first = begin();
iterator last = end();
while (first != last) {iterator next = first;
++next;
if (*first == val) {erase(first);
}
first = next;
}
}reverse 的作用是逆轉(zhuǎn)容器中的元素順序。
該函數(shù)的思路簡(jiǎn)單，從第 2 個(gè)元素開(kāi)始，以次頭插到鏈表頭部。
/// @brief 將 *this 的內(nèi)容逆置
void reverse() {// 空鏈表或只有一個(gè)元素直接返回
if (_node->_next == _node || _node->_next->_next == _node) {return;
}
iterator first = begin();
++first;
while (first != end()) {iterator old = first; // 第一次循環(huán)時(shí)指向第 2 個(gè)元素
++first; // 第一次循環(huán)時(shí)指向第 3 個(gè)元素
transfer(begin(), old, first);
}
}unique 用來(lái)移除數(shù)值相同的連續(xù)元素，只保留一個(gè)。
該函數(shù)利用的是雙指針的思想，first 和 next 分別指向前后兩個(gè)元素，相同就刪除后一個(gè)。
/// @brief 移除數(shù)值相同的連續(xù)元素
void unique() {iterator first = begin();
iterator last = end();
if (first == last) {return;
}
iterator next = first;
while (++next != last) {// 此時(shí) next 指向 first 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
if (*first == *next) {// 連續(xù)的相同，就刪除后一個(gè)
erase(next);
} else {// 不相同 first 向 end 移動(dòng)
first = next;
}
// 使 next 再次指向 first
// 這樣再進(jìn) while 時(shí)，++next 又使 next 指向 first 下一個(gè)
next = first;
}
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