1.2.6 list的迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在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。

下面是几个 std::list 迭代器失效的典型例子及分析：

例子 1：删除操作导致迭代器失效

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4, 5};auto it = myList.begin();std::advance(it, 2); // 让 it 指向值为 3 的元素// 错误做法：删除元素后继续使用原迭代器myList.erase(it); // 下面这行代码会导致未定义行为，因为 it 已经失效// std::cout << *it << std::endl; // 正确做法：使用 erase 的返回值更新迭代器auto itCorrect = myList.begin();std::advance(itCorrect, 2); itCorrect = myList.erase(itCorrect);if (itCorrect != myList.end()) {std::cout << "正确处理后下一个元素的值: " << *itCorrect << std::endl;}return 0;
}

解释：在 std::list 中调用 erase 删除元素时，指向被删除元素的迭代器会失效。正确的做法是使用 erase 函数返回的迭代器（指向下一个有效元素）来更新原来的迭代器。

例子 2：清空容器导致迭代器失效

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> myList = {1, 2, 3};auto it = myList.begin();myList.clear();// 以下操作会导致未定义行为，因为 myList 已经清空，所有迭代器都失效了// std::cout << *it << std::endl; return 0;
}

解释：当调用 clear 函数清空 std::list 时，所有指向该容器元素的迭代器都会失效，此时再使用这些迭代器访问元素就会产生未定义行为。

例子 3：交换容器导致迭代器失效（相对原容器）

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> list1 = {1, 2, 3};std::list<int> list2 = {4, 5, 6};auto it = list1.begin();list1.swap(list2);// 此时 it 仍然指向原来 list1 中的某个元素，但该元素现在属于 list2 了// 以下操作虽然不会崩溃，但不符合预期，因为 it 不再是 list1 的有效迭代器// std::cout << *it << std::endl; return 0;
}

解释：调用 swap 函数交换两个 std::list 时，迭代器所指向的元素虽然没有被销毁，但所属的容器发生了变化，对于原容器来说，原来的迭代器就失效了。

通过这些例子可以看出，在对 std::list 进行删除、清空、交换等操作时，需要特别注意迭代器的有效性，以避免出现未定义行为。

void TestListIterator1()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值l.erase(it); ++it;}
}
// 改正
void TestListIterator()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){l.erase(it++); // it = l.erase(it);}
}

2. list的模拟实现

2.1 模拟实现list

要模拟实现list，必须要熟悉list的底层结构以及其接口的含义，通过上面的学习，这些内容已基本掌握，现在我们来模拟实现list。

list.h

#include<assert.h>namespace aramae
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _val;list_node(const T& val = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), _val(val){}};// typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;// typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;template<class T, class Ref, class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;Node* _node;__list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_val;}Ptr operator->(){return &_node->_val;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& it) const{return _node != it._node;}bool operator==(const self& it) const{return _node == it._node;}};/*template<class T>struct __list_const_iterator{typedef list_node<T> Node;Node* _node;__list_const_iterator(Node* node):_node(node){}const T& operator*(){return _node->_val;}__list_const_iterator<T>& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}__list_const_iterator<T> operator++(int){__list_const_iterator<T> tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}bool operator!=(const __list_const_iterator<T>& it){return _node != it._node;}bool operator==(const __list_const_iterator<T>& it){return _node == it._node;}};*/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;// 如何设计const迭代器？iterator begin(){//return _head->_next;return iterator(_head->_next);}iterator end(){return _head;//return iterator(_head);}const_iterator begin() const{//return _head->_next;return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end() const{return _head;//return const_iterator(_head);}void empty_init(){_head = new Node;_head->_prev = _head;_head->_next = _head;_size = 0;}list(){empty_init();}// lt2(lt1)list(const list<T>& lt)//list(const list& lt){empty_init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}list<T>& operator=(list<T> lt)//list& operator=(list lt){swap(lt);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}_size = 0;}void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}// pos位置之前插入iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);prev->_next = newnode;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;newnode->_prev = prev;++_size;return newnode;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;--_size;return next;}size_t size(){/*size_t sz = 0;iterator it = begin();while (it != end()){++sz;++it;}return sz;*/return _size;}private:Node* _head;size_t _size;};void Print(const list<int>& lt){list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){// (*it) += 1;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test_list1(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){(*it) += 1;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;Print(lt);}struct A{A(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){}int _a1;int _a2;};void test_list2(){list<A> lt;lt.push_back(A(1, 1));lt.push_back(A(2, 2));lt.push_back(A(3, 3));lt.push_back(A(4, 4));list<A>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;++it;}cout << endl;}void test_list3(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_front(5);lt.push_front(6);lt.push_front(7);lt.push_front(8);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.pop_front();lt.pop_back();for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.clear();lt.push_back(10);lt.push_back(20);lt.push_back(30);lt.push_back(40);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;cout << lt.size() << endl;}void test_list4(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt1(lt);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt2;lt2.push_back(10);lt2.push_back(20);lt2.push_back(30);lt2.push_back(40);for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;lt1 = lt2;for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;}
}

template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态成员变量// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
public:typedef typename Iterator::Ref Ref;typedef typename Iterator::Ptr Ptr;typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public://////////////////////////////////////////////// 构造ReverseListIterator(Iterator it): _it(it){}//////////////////////////////////////////////// 具有指针类似行为Ref operator*(){Iterator temp(_it);--temp;return *temp;}Ptr operator->(){ return &(operator*());}//////////////////////////////////////////////// 迭代器支持移动Self& operator++(){--_it;return *this;}Self operator++(int){Self temp(*this);--_it;return temp;}Self& operator--(){++_it;return *this;}Self operator--(int){Self temp(*this);++_it;return temp;}//////////////////////////////////////////////// 迭代器支持比较bool operator!=(const Self& l)const{ return _it != l._it;}bool operator==(const Self& l)const{ return _it != l._it;}Iterator _it;
};

#include <iostream>
#include <list>
#include <vector>int main() {// list 示例std::list<int> myList;myList.push_back(1);  // 在尾部插入元素myList.push_front(0); // 在头部插入元素// 遍历 liststd::cout << "List elements: ";for (const auto& element : myList) {std::cout << element << " ";}std::cout << std::endl;// vector 示例std::vector<int> myVector;myVector.push_back(10); // 在尾部插入元素myVector.push_back(20);// 通过下标访问 vector 元素std::cout << "Vector element at index 0: " << myVector[0] << std::endl;// 遍历 vectorstd::cout << "Vector elements: ";for (const auto& element : myVector) {std::cout << element << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}