从零开始的C++（十二）

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。

List：

链式结构，类似带头双向循环链表。

常见成员函数：

push_back()：尾插      pop_back(）：尾删    push_front()：头插     pop_front()：头删

特征：开辟的空间不连续，因此插入、删除结点效率高。但不支持随机访问，无法指定下标来快速访问。

list模拟实现：

list模拟实现包含三个类，一部分是表示链表的每个结点的类、一部分是迭代器、一部分是链表的头结点（也是哨兵结点，特征是指向第一个有效结点）。

链表结点：

    template<class T>
    struct ListNode
    {
        ListNode(const T& val = T()) : _pPre(nullptr), _pNext(nullptr), _val(val)
        {}
        ListNode<T>* _pPre;
        ListNode<T>* _pNext;
        T _val;
    };

由于是双向循环链表，所以必须有前后两个指针同时_val用于保存值。

迭代器：

    template<class T, class Ref, class Ptr>
    class ListIterator
    {
        typedef ListNode<T>* PNode;
        typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
    public:
        ListIterator(PNode pNode = nullptr) :_pNode(pNode)
        {}
        ListIterator(const Self& l) : _pNode(l._pNode)
        {}
        Ref operator*()
        {
            return _pNode->_val;
        }
        Ptr operator->()
        {
            return &*this;
        }
        Self& operator++()
        {
            _pNode = _pNode->_pNext;
            return *this;
        }
        Self operator++(int)
        {
            Self temp(*this);
            _pNode = _pNode->_pNext;
            return temp;
        }
        Self& operator--()
        {
            _pNode = _pNode->_pPre;
            return *this;
        }
        Self& operator--(int)
        {
            Self temp(*this);
            _pNode = _pNode->_pPre;
            return temp;
        }
        bool operator!=(const Self& l)
        {
            return _pNode != l._pNode;
        }
        bool operator==(const Self& l)
        {
            return !(*this != l);
        }
    public:
        PNode _pNode;
    };

首先，迭代器的功能类似与指针，因此唯一的元素是结点指针类型。

迭代器需要实现遍历，因此需要有++、--来进行迭代器的移动，有！=、==来判断是否到达终止条件，有*、->来实现解引用。此处迭代器适配const类型和非const类型，而const与非const的区别在于解引用的返回类型是否有const修饰，此处返回类型用Ref和Ptr代替，Ref会根据数据判断是T&还是const T&,Ptr同理。

表头节点：

 template<class T>
    class list
    {
        typedef ListNode<T> Node;
        typedef Node* PNode;
    public:
        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;
    public:
        ///
        // List的构造
        list()
        {
            CreateHead();
        }
        list(int n, const T& value = T())
        {
            CreateHead();
            for (int i = 0; i < n; ++i)
                push_back(value);
        }
        template <class Iterator>
        list(Iterator first, Iterator last)
        {
            CreateHead();
            while (first != last)
            {
                push_back(*first);
                ++first;
            }
        }
        list(const list<T>& l)
        {
            CreateHead();
            // 用l中的元素构造临时的temp,然后与当前对象交换
            list<T> temp(l.cbegin(), l.cend());
            this->swap(temp);
        }
        list<T>& operator=(const list<T> l)
        {
            this->swap(l);
            return *this;
        }
        ~list()
        {
            clear();
            delete _pHead;
            _pHead = nullptr;
        }

        ///
        // List Iterator
        iterator begin()
        {
            return iterator(_pHead->_pNext);
        }
        iterator end()
        {
            return iterator(_pHead);
        }
        const_iterator begin()const
        {
            return const_iterator(_pHead->_pNext);
        }
        const_iterator end()const
        {
            return const_iterator(_pHead);
        }

        ///
        // List Capacity
        size_t size()const
        {
            size_t size = 0;
            ListNode* p = _pHead->_pNext;
            while (p != _pHead)
            {
                size++;
                p = p->_pNext;
            }
            return size;
        }
        bool empty()const
        {
            return size() == 0;
        }

        
        // List Access
        T& front()
        {
            assert(!empty());
            return _pHead->_pNext->_val;
        }
        const T& front()const
        {
            assert(!empty());
            return _pHead->_pNext->_val;
        }
        T& back()
        {
            assert(!empty());
            return _pHead->_pPre->_val;
        }
        const T& back()const
        {
            assert(!empty());
            return _pHead->_pPre->_val;
        }

        
        // List Modify
        void push_back(const T& val)
        {
            insert(end(), val);
        }
        void pop_back()
        {
            erase(--end());
        }
        void push_front(const T& val)
        {
            insert(begin(), val);
        }
        void pop_front()
        {
            erase(begin());
        }
        // 在pos位置前插入值为val的节点
        iterator insert(iterator pos, const T& val)
        {
            PNode pNewNode = new Node(val);
            PNode pCur = pos._pNode;
            // 先将新节点插入
            pNewNode->_pPre = pCur->_pPre;
            pNewNode->_pNext = pCur;
            pNewNode->_pPre->_pNext = pNewNode;
            pCur->_pPre = pNewNode;
            return iterator(pNewNode);
        }
        // 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
        iterator erase(iterator pos)
        {
            // 找到待删除的节点
            PNode pDel = pos._pNode;
            PNode pRet = pDel->_pNext;
            // 将该节点从链表中拆下来并删除
            pDel->_pPre->_pNext = pDel->_pNext;
            pDel->_pNext->_pPre = pDel->_pPre;
            delete pDel;
            return iterator(pRet);
        }
        void clear()
        {
            iterator p = begin();
            while (p != end())
            {
                p = erase(p);
            }

            _pHead->_pPre = _pHead;
            _pHead->_pNext = _pHead;
        }
        void swap(list<T>& l)
        {
            PNode tmp = _pHead;
            _pHead = l._pHead;
            l._pHead = tmp;
        }
    private:
        void CreateHead()
        {
            _pHead = new Node;
            _pHead->_pPre = _pHead;
            _pHead->_pNext = _pHead;
        }
        PNode _pHead;
    };
}

对于默认构造函数，此处调用CreateHead函数，实现了创建一个Node类型的结点，同时结点的两个指针都指向自己。

对于传值构造函数，首先调用CreateHead函数，实现了创建一个Node类型的结点，然后复用了push_back函数，实现结点的插入。

对于传迭代器的构造，先创建头结点，然后利用迭代器遍历，实现数字插入。

对于拷贝构造，先创建一个头结点，然后复用了迭代器的构造方式产生一个临时对象，然后交换临时对象和当前要创建的对象的成员变量，实现拷贝，同时利用临时对象销毁创建的头结点。此处如果不想开头创建一个头结点，则析构函数必须更改一下，只有头结点不为空的时候才调用clear函数，否则clear函数中调用的begin函数会出现非法访问的情况。

对于赋值函数，原理和拷贝构造一致，都是利用临时对象来替换，实现赋值操作。

对于头插、头删、尾插、尾删，复用insert和erase函数，但需要注意传入的迭代器是谁。

insert：在迭代器所指位置之前插入一个结点，同时返回插入结点的迭代器。

erase：删除迭代器所指位置的结点，返回下一个结点的迭代器。

clear：利用迭代器遍历链表，利用erase删除链表结点，实现删除链表除了表头节点之外的所有结点。

析构函数：在clear函数删除除表头节点外的所有结点后，销毁表头节点。