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C++ List源码解析

2023-07-10 09:47:26 深夜i -- --

C++ List 源码解析

C++ 中的 List 数据结构常用于实现链表，它有许多应用场景，比如在图形学中用于存储顶点数据，或者在文件系统中用于存储目录和文件的结构。

List 头文件定义了许多不同版本的 List 类，它们在不同场景下都有不同的使用方式和性能表现。其中最常用的是 std::list 类，它是 STL 中的一种实现，用于存储拥有相同数据类型的元素序列。在实际使用中，我们可以将 List 看做是一种类似数组的数据结构，它可以动态地存储元素，并提供一些基本的操作，如插入、删除和遍历等。

下面我们来看一下 std::list 类的源码实现。在 list.h 头文件中，std::list 类被定义为一个模板类，其中有两个模板参数：元素类型和分配器类型。其中分配器类型默认为 std::allocator，这意味着 std::list 类使用 std::allocator 来分配内存。

在 List 类的实现中，最基本的数据结构是一个节点结构体，它包含前驱节点指针、后继节点指针和元素值。


template <typename T>
struct _List_node {
 _List_node* _M_prev;
 _List_node* _M_next;
 T _M_data;
};

在 std::list 类中，节点结构体是通过实现一个嵌套的迭代器类来实现的，这个迭代器类包含指向当前元素节点的指针。通过对迭代器的操作，我们可以方便地实现遍历、插入、删除等操作。

List 的插入操作是非常复杂的，因为它需要考虑许多边界情况。在 std::list 类中，插入操作被实现为一系列函数重载，每个函数对应不同的插入情况。比如，如果想在链表中某个元素的前面插入一个元素，我们可以使用 insert 函数，该函数接受一个迭代器指针和一个要插入的元素值。该函数将会在指定迭代器之前插入一个新节点，并更新链表节点的链接关系。


iterator insert(iterator __position, const value_type& __x) {
 _Link_type __tmp = _M_create_node(__x);
 __tmp->_M_next = __position._M_node;
 __tmp->_M_prev = __position._M_node->_M_prev;
 __position._M_node->_M_prev->_M_next = __tmp;
 __position._M_node->_M_prev = __tmp;
 ++_M_size;
 return iterator(__tmp);
}

除了插入操作外，删除和遍历等操作也都有着类似的实现方式。

总的来说，std::list 类是一个功能强大的数据结构，在实际开发中应用广泛。在 C++ 中使用 List，我们可以轻松地实现许多复杂的算法和数据结构，比如链表反转、快速排序、归并排序等。通过深入了解 std::list 类的实现原理，我们不仅可以更好地理解它的应用场景，还能更高效地使用它来解决实际问题。

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