【C++进阶】深入STL之list：模拟实现深入理解List与迭代器

在软件开发中，数据结构和算法的选择与实现是每一个开发者都必须面对的问题。标准模板库（STL）为我们提供了一系列高效且通用的数据结构和算法模板，极大地简化了C++编程中的许多常见任务。然而，了解这些数据结构和算法背后的实现原理，不仅有助于我们更深入地理解STL，还能提升我们的编程能力和解决问题的能力。

前言： 在STL中，list是一种双向链表，它支持在序列的任何位置进行快速插入和删除操作。与此同时，迭代器是STL中非常重要的一个概念，它使得我们能够以统一的方式遍历和访问STL容器中的元素。在深入了解STL的过程中，模拟实现list和迭代器无疑是一个极有价值的学习过程。

本节我们将从基本的链表结构开始，逐步构建出完整的list类，并实现相应的迭代器类。

📒1. list的基本结构

list是一个个带头双向循环链表，这意味着每个元素（通常称为节点）都有两个指针：一个指向前一个元素，另一个指向后一个元素，因此我们需要单独再定义一个类来表示节点结构，每个节点再串联起来构成list

节点定义（示例）：

而在构建list时，我们成员变量只需要一个头节点。

list定义（示例）：

📕2. list的模拟实现

注意：关于erase和insert这两个函数的模拟我们依然作为补充放在末尾

🌈构造函数

在拥有一个list我们只需要将它的头节点初始化一下

list构造（示例）：

🌞析构函数

关于析构函数，我们需要的是将所有节点一 一释放就ok啦!

在模拟析构函数之前，不得不先介绍一下clear这个函数，因为clear可以删除出头节点以外的所有节点，我们可以利用这一点帮助我们优化析构函数

list析构（示例）：

🌙拷贝构造函数

在学习list时，我们发现list不会因为空间不够而需要扩容，因此在使用模拟list时，不用考虑是否会发生浅拷贝

list拷贝构造函数（示例）：

⭐赋值运算符重载

这里我们以让后传统写法和现代写法两种方法

list赋值运算符重载（示例）：

在介绍完list基本的结构后，让我们来看看今天的重点：迭代器

📚3. list的迭代器

在我们模拟实现string，vector时，我们认为迭代器就是一个原生指针，但是在list中迭代器底层不是简单的指针，因此我们要独立定义一个新的类

🍂迭代器的基本结构

迭代器定义（示例）：

我们将迭代器单独写作一个类，能解决更多的问题，以及避免其他麻烦

🍁迭代器的运算符重载

因为这些函数和前面差不太多，我们简单看看代码，带过了

代码（示例）：

而今天着重要强调以下两个运算符重载，因为const和非const下这两个是有区别的：

在定义完迭代器类之后，我们可以实现begin()和end()来实现list的范围for

🌸list的迭代器

迭代器代码（示例）：

当然我们这里还没有实现const迭代器很多需要调用const对象的函数还无法使用，那么接下来让我们来模拟实现const迭代器，见证新的神奇

📙4. list的const迭代器

关于这个list的const迭代器其实有两种写法，常规的写法就是在定义一个新的const迭代器的类，虽然这样可以解决问题，但是会造成代码的冗余，让操作繁琐。而另一种方法就是在原有的迭代器类上进行修改，让它能具有两个迭代器都能使用的特点

🎩方法一

const迭代器实现（示例）：

🎈方法二

如果我们将这两个差异的内容单独表示出来归于模板中，因为在const与非const之间，无非就是T&，T*上能否读写的区别，不影响其他的函数实现，因此我们可以在模板上加上两个参数

const迭代器实现（示例）：

关于list的模拟实现我们就讲到这里，让我看看如何以统一的方式遍历和访问STL容器中的元素

📜5. 统一的方式访问STL容器中的元素

在完成对list的模拟实现后，我们试着用来遍历和访问list中的元素

代码实现（示例）：

编译器不知道 list::const_iterator 是内嵌类型，还是静态成员变量，但是如果实例化成int后，有需要一个成员是string的列表这时我们有犯难了，这时我们就要用到typename，typename 就是告诉编译器，这是一个类型，等list实例化之后再去取

代码实现（示例）：

但是更离谱的来了，这时又有人要求我们打印vector的值，容器都换了我们该怎么办呢？这时模板的作用又双体现出来了，这也体现了模板的本质，让我们能省的活交给编译器完成

代码实现（示例）：

它使得我们能够以统一的方式遍历和访问STL容器中的元素

📔6. list与vector的对比

我们可以发现list与之前学的竟然有那么多的差异，我们结合上节学的vector来分析一下它们的差异：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

📖7. 总结补充

💧补充：insert和erase的模拟实现

代码实现（示例）：

🔥总结

通过本次对STL中list和迭代器模拟实现的探索，我们深入了解了双向链表的基本结构、操作原理以及迭代器在遍历和访问链表元素中的重要作用。模拟实现的过程不仅让我们对STL中的list容器有了更深刻的理解，也锻炼了我们的编程能力和解决问题的能力

• 在模拟实现的过程中，我们学习了如何设计并实现一个双向链表结构，包括节点的定义、链表的插入、删除和遍历等操作。同时，我们也掌握了迭代器的基本概念和实现方法，理解了如何通过迭代器来统一访问和遍历不同的容器类型。
• 模拟实现STL中的list和迭代器是一个既有趣又富有挑战性的过程。它让我们更加深入地理解了数据结构和算法的基本原理，也为我们日后在实际项目中高效应用STL容器打下了坚实的基础。

最后，感谢大家的耐心阅读和学习。希望本次介绍能够为大家在STL学习和编程实践中提供一些帮助和启示。在未来的学习和工作中，让我们继续深入探索STL的奥秘，不断提升自己的编程能力和解决问题的能力

谢谢大家支持本篇到这里就结束了，祝大家天天开心！