【C++】STL中list的模拟实现（增删查改，迭代器封装，运算符重载）

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前言

list的底层结构为带头结点的双向循环链表

大体框架：

namespace simulation {
	template <class T>
	struct list_node {
	//成员函数
	};
template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _list_iterator {
	//成员函数
	};

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;
	//成员函数
		private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
	}
	

一、节点的封装（list_node）

template <class T>
	struct list_node {
		//带头的双向循环链表
		//在类模板中：
		//类名不等于类型，所以定义指针时类名要显示实例化
		list_node<T>* _prev;
		list_node<T>* _next;
		T _val;
		list_node(const T&val=T())
			//T（）相当于调用构造函数；
			:_prev(nullptr)
			,_next(nullptr)
			,_val(val)
		{}
	};

二、迭代器的封装(_list_iterator)

因为list的数据不是在一片连续的内存中（像vector，string那样）
所以我们不能用原生指针来当迭代器iterator，我们要自己设计一个
迭代器，自己去实现其++以及比较等操作

1.类模板的定义：

//设计const迭代器：可以把迭代器理解为类似指针
	// 错误示范： typedef const __list_iterator const_iterator;
	// 这样设计const迭代器是不行的，因为const迭代器期望指向内容不能修改
	// 这样设计是迭代器本身不能修改
	 
	//为了设计不那么繁琐，我们传入三个模板参数
	template<class T,class Ref,class Ptr>
	//相当于：
	// typedef __list_iterator iterator;
		// typedef __list_iterator const_iterator;

2.构造函数

typedef list_node<T> Node;
		typedef _list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
		Node* _node;//成员变量

		_list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

3.前置++，后置++

self& operator++() {//前置++
		//typedef _list_iterator self;
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		self operator++(int) {//后置++
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

4.前置–，后置–

self& operator--() {
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		self operator--(int) {
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

5.解引用(operator*())

Ref operator*() {
		//因为可能为const T&类型或者T&类型
		//为了避免繁琐，使用模板参数里面的Ref
		//编译器根据不同的类型会生成对应的函数
			return _node->_val;
		}

6. ->重载（operator- >()）

    //template
	//相当于：
	// typedef __list_iterator iterator;
	// typedef __list_iterator const_iterator;
Ptr operator->() {
			return&_node->_val;
		}

7.比较运算符的重载：

       bool operator!=(const self& it)const {
			return _node != it._node;
		}
		bool operator==(const self& it)const {
			return _node == it._node;
		}

三、list成员函数

1.构造函数

typedef list_node<T> Node;
	public:
		typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef _list_iterator<T, const T&, const T*>  const_iterator;
		void empty_init() {
			_size = 0;
			_head = new Node;
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;
		}
		list() {//构造函数
			empty_init();
		}
   private：
         Node*_head;//哨兵位
         size_t _size;

2.begin(),end()

         iterator begin() {
         //begin（）为哨兵位下一个
			return _head->_next;
		}
		const_iterator begin()const {
			return _head->_next;
		}
		//end（）为哨兵位
		iterator end() {
			return _head;
		}
		const_iterator end()const {
			return _head;
		}

3.插入（insert）在pos之前一个位置插入

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。

iterator insert(iterator pos, const T& x) {
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			prev->_next = newnode;
			cur->_prev = newnode;
			++_size;

			//返回指向第一个新插入元素的迭代器。
			return newnode;
		}

4.删除（erase）

iterator erase(iterator pos) {
			assert(pos != end());
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			delete cur;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			--_size;
			//返回被删除节点的下一个位置
			return next;
		}

5.尾插尾删

	void push_front(const T& x) {
			insert(begin(), x);
		}
		void pop_back() {
			erase(--end());
		}

6.头插头删

void push_back(const T&x) {
			insert(end(), x);
		}
void pop_front() {
			erase(begin());
		}

7.析构函数

        void clear() {
			 
			iterator it = begin();
			while (it != end()) {
				it = erase(it);
			}
			_size = 0;
		}
		~list() {
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

8.赋值运算符重载

void swap(list<T>&lt){
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);
		}
		list<T>operator=(list<T> lt) {
			swap(lt);
			return *this;
		}

9.拷贝构造函数

     list(const list<T>& lt) {
			empty_init();
			_size = lt._size;
			for (auto &ch : lt) {
				push_back(ch);
			}
			
		}

10.大小（size）

size_t size() {
			return _size;
		}