手撕C++ list容器：从节点到完整双向链表实现
前言
在C++标准模板库(STL)中，list是一个非常重要的容器，它实现了双向链表的数据结构。本文将深入探讨如何从零开始实现一个完整的list容器，包括节点设计、迭代器实现和核心功能。
整体结构设计
节点设计
首先我们需要定义链表的基本单元——节点：
cpp
template<class T>
struct list_node
{T _val;list_node<T>* _prev;list_node<T>* _next;list_node(const T& val = T()): _val(val), _prev(nullptr), _next(nullptr){}
};每个节点包含三个部分：
_val: 存储数据值_prev: 指向前一个节点的指针_next: 指向后一个节点的指针
迭代器设计
迭代器是容器的"智能指针"，我们使用模板技巧实现iterator和const_iterator：
cpp
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct list_iterator
{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;// 构造函数和运算符重载...
};这种设计巧妙之处在于通过模板参数Ref和Ptr区分普通迭代器和常量迭代器：
iterator:list_iterator<T, T&, T*>const_iterator:list_iterator<T, const T&, const T*>
核心实现解析
构造函数与初始化
cpp
list()
{empty_init();
}void empty_init()
{_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;
}这里使用了哨兵节点（头节点）技术，让链表形成环形结构，简化边界条件处理。
拷贝控制：拷贝构造与赋值
cpp
// 拷贝构造函数
list(const list<T>& lt)
{empty_init();for (auto& e : lt){push_back(e);}
}// 赋值运算符（使用Copy-and-Swap技术）
list<T>& operator=(list<T> it)
{swap(it);return *this;
}void swap(list<T>& it)
{std::swap(_head, it._head);std::swap(_size, it._size);
}赋值运算符采用传值方式，这实现了Copy-and-Swap惯用法：
参数
it通过传值接收（可能是拷贝或移动构造）交换当前对象与参数的内容
返回时参数自动析构，释放旧资源
这种方法异常安全且代码简洁，同时支持拷贝和移动赋值。
迭代器操作
cpp
iterator begin() { return _head->_next; }
iterator end() { return _head; }const_iterator begin() const { return _head->_next; }
const_iterator end() const { return _head; }迭代器范围是左闭右开区间[begin, end)，end()返回头节点，符合STL惯例。
元素访问与修改
cpp
// 插入操作
void insert(iterator pos, const T& x)
{Node* newnode = new Node(x);newnode->_prev = pos._node->_prev;newnode->_next = pos._node;pos._node->_prev->_next = newnode;pos._node->_prev = newnode;_size++;
}// 删除操作
iterator erase(iterator pos)
{assert(pos != end());Node* next_node = pos._node->_next;pos._node->_prev->_next = pos._node->_next;pos._node->_next->_prev = pos._node->_prev;delete pos._node;_size--;return next_node;
}erase()函数返回下一个有效迭代器，这是为了防止迭代器失效。
容量操作
cpp
size_t size() const { return _size; }
bool empty() const { return _size == 0; }
void clear()
{auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}
}维护_size变量可以在O(1)时间内获取元素个数，比遍历链表更高效。
关键技术亮点
哨兵节点技术：简化边界条件处理，使代码更加健壮
模板迭代器：使用单一模板实现普通和常量迭代器，减少代码重复
Copy-and-Swap：优雅的赋值运算符实现，保证异常安全
RAII原则：构造函数分配资源，析构函数释放资源
STL兼容：接口设计符合STL标准，可以无缝替换
std::list
使用示例
cpp
ym::list<string> myList;
myList.push_back("Hello");
myList.push_back("World");
myList.push_front("C++");// 遍历打印
for (const auto& str : myList) {cout << str << " ";
}
// 输出: C++ Hello World// 链式赋值
ym::list<string> list1, list2, list3;
list1 = list2 = list3; // 支持链式操作