C++初阶-list的底层

目录

1.std::list实现的所有代码

2.list的简单介绍

2.1实现list的类

2.2_list_iterator的实现

2.2.1_list_iterator实现的原因和好处

2.2.2_list_iterator实现

2.3_list_node的实现

2.3.1. 避免递归的模板依赖

2.3.2. 内存布局一致性

2.3.3. 类型安全的替代方案

2.3.4. 与 C 风格链表的兼容性

2.3.5. 对比直接使用 __list_node * 的缺点

2.3.6. STL 的实际实现示例

2.3.7为什么这种设计是安全的？

总结：使用 void* 的原因

2.4list的实现

3.总结

---

1.std::list实现的所有代码

这是std::list函数的基本实现，一共有617行，如果不想看的话可以去到2，我会解释一部分：

/*** Copyright (c) 1994* Hewlett-Packard Company** Permission to use, copy, modify, distribute and sell this software* and its documentation for any purpose is hereby granted without fee,* provided that the above copyright notice appear in all copies and* that both that copyright notice and this permission notice appear* in supporting documentation.  Hewlett-Packard Company makes no* representations about the suitability of this software for any* purpose.  It is provided "as is" without express or implied warranty.*** Copyright (c) 1996,1997* Silicon Graphics Computer Systems, Inc.** Permission to use, copy, modify, distribute and sell this software* and its documentation for any purpose is hereby granted without fee,* provided that the above copyright notice appear in all copies and* that both that copyright notice and this permission notice appear* in supporting documentation.  Silicon Graphics makes no* representations about the suitability of this software for any* purpose.  It is provided "as is" without express or implied warranty.*//* NOTE: This is an internal header file, included by other STL headers.*   You should not attempt to use it directly.*/#ifndef __SGI_STL_INTERNAL_LIST_H
#define __SGI_STL_INTERNAL_LIST_H__STL_BEGIN_NAMESPACE#if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__) && (_MIPS_SIM != _MIPS_SIM_ABI32)
#pragma set woff 1174
#endiftemplate <class T>
struct __list_node {typedef void* void_pointer;void_pointer next;void_pointer prev;T data;
};template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator {typedef __list_iterator<T, T&, T*>             iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>           self;typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category;typedef T value_type;typedef Ptr pointer;typedef Ref reference;typedef __list_node<T>* link_type;typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type;link_type node;__list_iterator(link_type x) : node(x) {}__list_iterator() {}__list_iterator(const iterator& x) : node(x.node) {}bool operator==(const self& x) const { return node == x.node; }bool operator!=(const self& x) const { return node != x.node; }reference operator*() const { return (*node).data; }#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATORpointer operator->() const { return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */self& operator++() { node = (link_type)((*node).next);return *this;}self operator++(int) { self tmp = *this;++*this;return tmp;}self& operator--() { node = (link_type)((*node).prev);return *this;}self operator--(int) { self tmp = *this;--*this;return tmp;}
};#ifndef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATIONtemplate <class T, class Ref, class Ptr>
inline bidirectional_iterator_tag
iterator_category(const __list_iterator<T, Ref, Ptr>&) {return bidirectional_iterator_tag();
}template <class T, class Ref, class Ptr>
inline T*
value_type(const __list_iterator<T, Ref, Ptr>&) {return 0;
}template <class T, class Ref, class Ptr>
inline ptrdiff_t*
distance_type(const __list_iterator<T, Ref, Ptr>&) {return 0;
}#endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */template <class T, class Alloc = alloc>
class list {
protected:typedef void* void_pointer;typedef __list_node<T> list_node;typedef simple_alloc<list_node, Alloc> list_node_allocator;
public:      typedef T value_type;typedef value_type* pointer;typedef const value_type* const_pointer;typedef value_type& reference;typedef const value_type& const_reference;typedef list_node* link_type;typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*>             iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATIONtypedef reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;typedef reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
#else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */typedef reverse_bidirectional_iterator<const_iterator, value_type,const_reference, difference_type>const_reverse_iterator;typedef reverse_bidirectional_iterator<iterator, value_type, reference,difference_type>reverse_iterator; 
#endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */protected:link_type get_node() { return list_node_allocator::allocate(); }void put_node(link_type p) { list_node_allocator::deallocate(p); }link_type create_node(const T& x) {link_type p = get_node();__STL_TRY {construct(&p->data, x);}__STL_UNWIND(put_node(p));return p;}void destroy_node(link_type p) {destroy(&p->data);put_node(p);}protected:void empty_initialize() { node = get_node();node->next = node;node->prev = node;}void fill_initialize(size_type n, const T& value) {empty_initialize();__STL_TRY {insert(begin(), n, value);}__STL_UNWIND(clear(); put_node(node));}#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class InputIterator>void range_initialize(InputIterator first, InputIterator last) {empty_initialize();__STL_TRY {insert(begin(), first, last);}__STL_UNWIND(clear(); put_node(node));}
#else  /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */void range_initialize(const T* first, const T* last) {empty_initialize();__STL_TRY {insert(begin(), first, last);}__STL_UNWIND(clear(); put_node(node));}void range_initialize(const_iterator first, const_iterator last) {empty_initialize();__STL_TRY {insert(begin(), first, last);}__STL_UNWIND(clear(); put_node(node));}
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */protected:link_type node;public:list() { empty_initialize(); }iterator begin() { return (link_type)((*node).next); }const_iterator begin() const { return (link_type)((*node).next); }iterator end() { return node; }const_iterator end() const { return node; }reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); }const_reverse_iterator rbegin() const { return const_reverse_iterator(end()); }reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); }const_reverse_iterator rend() const { return const_reverse_iterator(begin());} bool empty() const { return node->next == node; }size_type size() const {size_type result = 0;distance(begin(), end(), result);return result;}size_type max_size() const { return size_type(-1); }reference front() { return *begin(); }const_reference front() const { return *begin(); }reference back() { return *(--end()); }const_reference back() const { return *(--end()); }void swap(list<T, Alloc>& x) { __STD::swap(node, x.node); }iterator insert(iterator position, const T& x) {link_type tmp = create_node(x);tmp->next = position.node;tmp->prev = position.node->prev;(link_type(position.node->prev))->next = tmp;position.node->prev = tmp;return tmp;}iterator insert(iterator position) { return insert(position, T()); }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class InputIterator>void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */void insert(iterator position, const T* first, const T* last);void insert(iterator position,const_iterator first, const_iterator last);
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */void insert(iterator pos, size_type n, const T& x);void insert(iterator pos, int n, const T& x) {insert(pos, (size_type)n, x);}void insert(iterator pos, long n, const T& x) {insert(pos, (size_type)n, x);}void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); }void push_back(const T& x) { insert(end(), x); }iterator erase(iterator position) {link_type next_node = link_type(position.node->next);link_type prev_node = link_type(position.node->prev);prev_node->next = next_node;next_node->prev = prev_node;destroy_node(position.node);return iterator(next_node);}iterator erase(iterator first, iterator last);void resize(size_type new_size, const T& x);void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }void clear();void pop_front() { erase(begin()); }void pop_back() { iterator tmp = end();erase(--tmp);}list(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }list(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }list(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }explicit list(size_type n) { fill_initialize(n, T()); }#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class InputIterator>list(InputIterator first, InputIterator last) {range_initialize(first, last);}#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */list(const T* first, const T* last) { range_initialize(first, last); }list(const_iterator first, const_iterator last) {range_initialize(first, last);}
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */list(const list<T, Alloc>& x) {range_initialize(x.begin(), x.end());}~list() {clear();put_node(node);}list<T, Alloc>& operator=(const list<T, Alloc>& x);protected:void transfer(iterator position, iterator first, iterator last) {if (position != last) {(*(link_type((*last.node).prev))).next = position.node;(*(link_type((*first.node).prev))).next = last.node;(*(link_type((*position.node).prev))).next = first.node;  link_type tmp = link_type((*position.node).prev);(*position.node).prev = (*last.node).prev;(*last.node).prev = (*first.node).prev; (*first.node).prev = tmp;}}public:void splice(iterator position, list& x) {if (!x.empty()) transfer(position, x.begin(), x.end());}void splice(iterator position, list&, iterator i) {iterator j = i;++j;if (position == i || position == j) return;transfer(position, i, j);}void splice(iterator position, list&, iterator first, iterator last) {if (first != last) transfer(position, first, last);}void remove(const T& value);void unique();void merge(list& x);void reverse();void sort();#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class Predicate> void remove_if(Predicate);template <class BinaryPredicate> void unique(BinaryPredicate);template <class StrictWeakOrdering> void merge(list&, StrictWeakOrdering);template <class StrictWeakOrdering> void sort(StrictWeakOrdering);
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */friend bool operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const list& x, const list& y);
};template <class T, class Alloc>
inline bool operator==(const list<T,Alloc>& x, const list<T,Alloc>& y) {typedef typename list<T,Alloc>::link_type link_type;link_type e1 = x.node;link_type e2 = y.node;link_type n1 = (link_type) e1->next;link_type n2 = (link_type) e2->next;for ( ; n1 != e1 && n2 != e2 ;n1 = (link_type) n1->next, n2 = (link_type) n2->next)if (n1->data != n2->data)return false;return n1 == e1 && n2 == e2;
}template <class T, class Alloc>
inline bool operator<(const list<T, Alloc>& x, const list<T, Alloc>& y) {return lexicographical_compare(x.begin(), x.end(), y.begin(), y.end());
}#ifdef __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDERtemplate <class T, class Alloc>
inline void swap(list<T, Alloc>& x, list<T, Alloc>& y) {x.swap(y);
}#endif /* __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER */#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class T, class Alloc> template <class InputIterator>
void list<T, Alloc>::insert(iterator position,InputIterator first, InputIterator last) {for ( ; first != last; ++first)insert(position, *first);
}#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::insert(iterator position, const T* first, const T* last) {for ( ; first != last; ++first)insert(position, *first);
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::insert(iterator position,const_iterator first, const_iterator last) {for ( ; first != last; ++first)insert(position, *first);
}#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::insert(iterator position, size_type n, const T& x) {for ( ; n > 0; --n)insert(position, x);
}template <class T, class Alloc>
list<T,Alloc>::iterator list<T, Alloc>::erase(iterator first, iterator last) {while (first != last) erase(first++);return last;
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::resize(size_type new_size, const T& x)
{iterator i = begin();size_type len = 0;for ( ; i != end() && len < new_size; ++i, ++len);if (len == new_size)erase(i, end());else                          // i == end()insert(end(), new_size - len, x);
}template <class T, class Alloc> 
void list<T, Alloc>::clear()
{link_type cur = (link_type) node->next;while (cur != node) {link_type tmp = cur;cur = (link_type) cur->next;destroy_node(tmp);}node->next = node;node->prev = node;
}template <class T, class Alloc>
list<T, Alloc>& list<T, Alloc>::operator=(const list<T, Alloc>& x) {if (this != &x) {iterator first1 = begin();iterator last1 = end();const_iterator first2 = x.begin();const_iterator last2 = x.end();while (first1 != last1 && first2 != last2) *first1++ = *first2++;if (first2 == last2)erase(first1, last1);elseinsert(last1, first2, last2);}return *this;
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::remove(const T& value) {iterator first = begin();iterator last = end();while (first != last) {iterator next = first;++next;if (*first == value) erase(first);first = next;}
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::unique() {iterator first = begin();iterator last = end();if (first == last) return;iterator next = first;while (++next != last) {if (*first == *next)erase(next);elsefirst = next;next = first;}
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::merge(list<T, Alloc>& x) {iterator first1 = begin();iterator last1 = end();iterator first2 = x.begin();iterator last2 = x.end();while (first1 != last1 && first2 != last2)if (*first2 < *first1) {iterator next = first2;transfer(first1, first2, ++next);first2 = next;}else++first1;if (first2 != last2) transfer(last1, first2, last2);
}template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::reverse() {if (node->next == node || link_type(node->next)->next == node) return;iterator first = begin();++first;while (first != end()) {iterator old = first;++first;transfer(begin(), old, first);}
}    template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::sort() {if (node->next == node || link_type(node->next)->next == node) return;list<T, Alloc> carry;list<T, Alloc> counter[64];int fill = 0;while (!empty()) {carry.splice(carry.begin(), *this, begin());int i = 0;while(i < fill && !counter[i].empty()) {counter[i].merge(carry);carry.swap(counter[i++]);}carry.swap(counter[i]);         if (i == fill) ++fill;} for (int i = 1; i < fill; ++i) counter[i].merge(counter[i-1]);swap(counter[fill-1]);
}#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class T, class Alloc> template <class Predicate>
void list<T, Alloc>::remove_if(Predicate pred) {iterator first = begin();iterator last = end();while (first != last) {iterator next = first;++next;if (pred(*first)) erase(first);first = next;}
}template <class T, class Alloc> template <class BinaryPredicate>
void list<T, Alloc>::unique(BinaryPredicate binary_pred) {iterator first = begin();iterator last = end();if (first == last) return;iterator next = first;while (++next != last) {if (binary_pred(*first, *next))erase(next);elsefirst = next;next = first;}
}template <class T, class Alloc> template <class StrictWeakOrdering>
void list<T, Alloc>::merge(list<T, Alloc>& x, StrictWeakOrdering comp) {iterator first1 = begin();iterator last1 = end();iterator first2 = x.begin();iterator last2 = x.end();while (first1 != last1 && first2 != last2)if (comp(*first2, *first1)) {iterator next = first2;transfer(first1, first2, ++next);first2 = next;}else++first1;if (first2 != last2) transfer(last1, first2, last2);
}template <class T, class Alloc> template <class StrictWeakOrdering>
void list<T, Alloc>::sort(StrictWeakOrdering comp) {if (node->next == node || link_type(node->next)->next == node) return;list<T, Alloc> carry;list<T, Alloc> counter[64];int fill = 0;while (!empty()) {carry.splice(carry.begin(), *this, begin());int i = 0;while(i < fill && !counter[i].empty()) {counter[i].merge(carry, comp);carry.swap(counter[i++]);}carry.swap(counter[i]);         if (i == fill) ++fill;} for (int i = 1; i < fill; ++i) counter[i].merge(counter[i-1], comp);swap(counter[fill-1]);
}#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */#if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__) && (_MIPS_SIM != _MIPS_SIM_ABI32)
#pragma reset woff 1174
#endif__STL_END_NAMESPACE #endif /* __SGI_STL_INTERNAL_LIST_H */// Local Variables:
// mode:C++
// End:

2.list的简单介绍

2.1实现list的类

我们在C语言实现的双向链表的实现中，我们需要有两个结构体，一个是结点的结构，另外一个是双向链表的结构。在C++list的实现中，则需要三个：

template <class T>
struct __list_node {typedef void* void_pointer;void_pointer next;void_pointer prev;T data;
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator {
…………};
template <class T, class Alloc = alloc>
class list {
…………};

我们可以通过三个类的名字知道它们每个类的功能：

_list_node是结点，_list_iterator是迭代器，list则是双向链表。

2.2_list_iterator的实现

2.2.1_list_iterator实现的原因和好处

为什么要实现_list_iterator?

在我们C语言实现的双向链表中，我们需要访问其中所存的元素，可以用->，也可以用(*变量名).结构体所存变量这两个方式，比如：

// 定义链表节点结构体
typedef struct Node {int data;           // 节点数据struct Node* prev;  // 指向前一个节点的指针struct Node* next;  // 指向下一个节点的指针
} Node;
int main() {Node* head = NULL;// 添加节点//为了简化，我没有写这个函数了appendNode(&head, 10);appendNode(&head, 20);appendNode(&head, 30);// 演示 -> 和 (*). 两种访问方式if (head != NULL) {// 使用 -> 访问printf("第一个节点的数据 (->): %d\n", head->data);// 使用 (*). 访问printf("第一个节点的数据 (*).: %d\n", (*head).data);}
}

我们知道在list中，我们如果想要访问元素，那么就要用迭代器的方式，在我之前讲过的vector和string中，我们可以用下标+[]的方式来访问元素，其迭代器也可以用begin()+n的方式来访问元素，如果想要用迭代器，那么直接：typedef    ……  iterator;typedef  const …… const_iterator;如果我们在链表中用这种方式，那么一定会报错的，因为如果我们这样写，就没法用->和*的方式了，而且我们如果直接用（*对象）的方式，那么就会出现很多问题：到底是用哪个东西进行typedef  ……  iterator？就算是这样，我们可能还要存储里面的数据，如何访问？

如果我们用之前的那种方式就直接：typedef _list_node* iterator那么我们如果想要访问数据怎么办？

我们知道迭代器可以通过++来访问链表该元素的后一个数据，而这种方式那么是不能做到的。所以我们需要一个额外的类来typedef  …… iterator

这也说明一个问题：如果单纯用指针来做迭代器肯定是不行的，所以迭代器可以是指针的封装！

我们来看一下其中迭代器的实现：

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator {typedef __list_iterator<T, T&, T*>             iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>           self;
………………
};

首先我们可以发现这个iterator在_list_iterator中定义，首先要注意：Ref的意思是：引用（reference），Ptr的意思是：指针。其实这是为了存储多种的数据：如果我们仅仅存内置类型的数据，那么直接用这种方式确实是没有问题的，存储其他的数据就可能有问题了，一般我们是直接只有一个模板参数T，但是如果这种方式，那么就没办法typedef  ……  const_iterator；因为const_iterator是不能修改的，而这样我们则需要重载一个额外的类_list_const_iterator，并且还要在list中typedef另外一个类的指针为const_iterator，这样写我们就需要额外拷贝一份实现差不多的类，相对麻烦，所以_list_iterator在实现时直接加了两个模板参数，相当于之后我们可以直接用这个模板类来生成两个类，实现方式很好，只不过我们理解起来比较麻烦了。总结下来就是这样写的好处有以下几个：

• 普通迭代器 (iterator)：允许修改元素值（T& 和 T*）

• 常量迭代器 (const_iterator)：禁止修改元素值（const T& 和 const T*）

通过模板参数 Ref 和 Ptr，可以用同一个 __list_iterator 模板生成两种迭代器：

typedef __list_iterator<T, T&, T*>             iterator;       // 可修改的迭代器
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator; // 不可修改的迭代器

• 避免代码重复：无需为 iterator 和 const_iterator 分别写两个类，只需通过模板参数控制是否允许修改。

• 类型安全：const_iterator 会禁止用户通过它修改数据（编译器保证）。

• 通过模板参数传递 Ref 和 Ptr，可以确保：

• operator*() 返回 Ref（可能是 T& 或 const T&）。

• operator->() 返回 Ptr（可能是 T* 或 const T*）。

• 在迭代器类中，解引用和箭头运算符的实现会依赖 Ref 和 Ptr

可以简化代码：

• 在成员函数中，self 直接表示当前迭代器类型。

• 例如在 operator++() 中，返回类型可以直接写 self& 而非冗长的 __list_iterator<T, Ref, Ptr>&。

好处	说明
代码复用	用同一个模板实现 iterator 和 const_iterator，避免重复代码。
类型安全	const_iterator 禁止修改数据，由编译器检查。
灵活性	可通过模板参数扩展迭代器行为（如代理迭代器）。
符合 STL 标准	提供统一的嵌套类型（如 reference、pointer）。
清晰性	通过 self 别名简化代码，提高可读性。

这种设计是 STL 中迭代器实现的经典模式（如 GCC 的 std::list 源码），它平衡了类型安全、代码复用和泛型编程的需求。

2.2.2_list_iterator实现

由于该类是主要实现迭代器的功能的，也就没必要实现很多函数，基本上是运算符重载

 bool operator==(const self& x) const { return node == x.node; }bool operator!=(const self& x) const { return node != x.node; }reference operator*() const { return (*node).data; }pointer operator->() const { return &(operator*()); }
self& operator++() { node = (link_type)((*node).next);return *this;
}
self operator++(int) { self tmp = *this;++*this;return tmp;
}
self& operator--() { node = (link_type)((*node).prev);return *this;
}
self operator--(int) { self tmp = *this;--*this;return tmp;
}

这些函数的实现会在list的模拟实现中进行讲解，这里就不做很多讲解了。

2.3_list_node的实现

该类就比较简单了，就是存储一些指针以及数据而已，包括prev前驱指针、next后继指针、data锁存数据：

template <class T>
struct __list_node {typedef void* void_pointer;void_pointer next;void_pointer prev;T data;
};

我们要注意，这种方式很好（typedef void* void_pointer）,我在这里只解释原因，以下是deepseek的搜索结果:

2.3.1. 避免递归的模板依赖

如果直接用 __list_node<T>* 定义指针：

template <class T>
struct __list_node {__list_node<T>* next;  // 类型依赖于模板参数 T__list_node<T>* prev;T data;
};

会导致 模板实例化时类型嵌套：

• 每次实例化 __list_node<T> 时，next 和 prev 的类型会递归地依赖 __list_node<T>。

• 编译器需要为每一种 T 生成完整的 __list_node<T> 类型（包括它的指针成员），可能增加编译时间和代码膨胀。

而使用 void*：

typedef void* void_pointer;
void_pointer next;  // 不直接依赖 T
void_pointer prev;

• 解耦指针类型：next 和 prev 的类型与 T 无关，仅是通用指针。

• 减少模板实例化的复杂度（所有 __list_node 的指针类型都是 void*，无论 T 是什么）。

---

2.3.2. 内存布局一致性

void* 的尺寸在所有平台上通常是固定的（例如 4 字节或 8 字节，取决于系统）：

• 无论 T 的类型如何，__list_node 的内存布局始终保持一致：

  [void* next][void* prev][T data]

• 如果使用 __list_node<T>*，某些编译器可能会因模板实例化优化导致内存布局微调（尽管罕见）。

2.3.3. 类型安全的替代方案

虽然 void* 丢失了类型信息，但实际使用时会在迭代器中通过 static_cast 安全转换回 __list_node<T>*：

// 在迭代器中的实际转换（例如 operator++）
node = static_cast<__list_node<T>*>(node->next);

• 类型安全：由于链表是内部实现，开发者能保证 void* 实际指向的是 __list_node<T>，不会误用。

• 避免了模板递归带来的复杂性。

---

2.3.4. 与 C 风格链表的兼容性

void* 是 C 语言中通用指针的标准做法，这种设计：

• 可以更容易与 C 代码交互（例如跨语言传递链表节点）。

• 某些底层内存操作（如节点池分配器）可能直接操作 void* 指针。

---

2.3.5. 对比直接使用 __list_node<T>* 的缺点

如果直接用 __list_node<T>*：

• 模板膨胀：每个不同的 T 会实例化一个独立的 __list_node<T> 类型，包括它的指针成员。

• 编译时间：模板实例化深度增加，可能影响编译速度。

• 调试符号膨胀：调试信息中会为每种 T 生成完整的节点类型描述。

而 void* 实现：

• 所有 __list_node 的 next/prev 类型相同，减少符号冗余。

---

2.3.6. STL 的实际实现示例

以 GCC 的 libstdc++ 为例：

// 简化后的源码（GCC 13, bits/stl_list.h）
template <typename _Tp>
struct _List_node {void* _M_next;void* _M_prev;_Tp _M_data;
};

• 实际使用时，通过 _List_iterator 迭代器将 void* 转换回 _List_node<_Tp>*。

2.3.7为什么这种设计是安全的？

虽然 void* 看似放弃了类型安全，但在 STL 的实现中：

1. 封装性：__list_node 是内部实现细节，用户代码不会直接操作它。

2. 强制转换：迭代器或链表方法会通过 static_cast 确保类型正确。

3. 无裸露操作：用户只能通过类型安全的接口（如 iterator）访问链表。

总结：使用 void* 的原因

原因	说明
模板解耦	避免 next/prev 指针类型依赖 T，减少模板实例化复杂度。
内存一致性	所有 __list_node 的内存布局相同，与 T 无关。
性能优化	减少符号膨胀和编译时间。
底层控制	方便与 C 交互或实现内存池等底层操作。
安全性	通过封装和强制转换保证类型安全。

这种设计是 STL 在 类型抽象 和 性能优化 之间权衡的结果，体现了 C++ 模板元编程的典型技巧。

2.4list的实现

template <class T, class Alloc = alloc>
class list {
protected:typedef void* void_pointer;typedef __list_node<T> list_node;typedef simple_alloc<list_node, Alloc> list_node_allocator;
public:      typedef T value_type;typedef value_type* pointer;typedef const value_type* const_pointer;typedef value_type& reference;typedef const value_type& const_reference;typedef list_node* link_type;typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*>             iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATIONtypedef reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;typedef reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
#else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */typedef reverse_bidirectional_iterator<const_iterator, value_type,const_reference, difference_type>const_reverse_iterator;typedef reverse_bidirectional_iterator<iterator, value_type, reference,difference_type>reverse_iterator; 
}

可以在118-147行见到这些代码，我们主要还是看public部分，我们可以在iterator定义中知道，它其实就是_list_iterator这个类进行显式实例化来的，所以我们要注意这个iterator，因为之前我们在学习其他数据结构（容器）的时候，直接typedef T* iterator即可，这是需要注意的地方。

主要还是看这个成员函数：

 iterator begin() { return (link_type)((*node).next); }iterator end() { return node; }reference front() { return *begin(); }reference back() { return *(--end()); }

我们可以通过这些定义知道，这个双向循环链表的begin其实是尾结点解引用后的下一个结点，并且还要进行强制类型转换。

这个源码还是不要看太多了，我们主要是看它主要函数实现，其他的函数我将在下一讲讲解。

3.总结

list的实现源码还是比较复杂的，所以在之后的模拟实现中，可能会很难，但是，list使用确实也比较广泛，如果实在不理解模拟实现的还是建议了解一下，因为这个模拟实现主要还是为了提升我们的水平，以后面试可能要用到而已。

好了，这一讲就到这里，下一讲将进行讲解：list的模拟实现（难度较高）。喜欢的可以一键三连哦，下讲再见！