STL 源碼剖析讀書筆記三：序列式容器之 vector、list

1. STL 中的容器

容器，置物之所也。STL 容器即是将運用最廣的一些資料結構實作出來。如下圖所示：

上圖以内縮方式來表達基層和衍生層的關系。所謂衍生，并非派生關系，而是内含關系。例如 heap 内含一個 vector，priority-queue 内含一個 heap、stack、queue都内含一個 deque，set/map/multimap/multiset 都内含一個 RB-tree，hash_x 都内含一個 hashtable。

2. 序列式容器之 vector

所謂序列式容器，其中的元素都可序，但未必有序。

vector 的資料安排以及操作方式，與 array 非常相似。兩者唯一的差别在于空間的運用靈活性。array 是靜态空間，一旦配置了就不能改變，要換個更大（或小）的，就由用戶端自己來：先配置一塊新空間，然後将元素從舊址複制到新址，再把原來的空間釋還給系統。vector 是動态空間，随着元素的加入，它的内部機制會自行擴充空間以容納新元素。

vector 實作的關鍵在于其對大小的控制以及重新配置時資料移動的效率。

2.1 vector 的定義

vector 的定義如下：

class vector {
public:
  typedef T value_type;
  typedef value_type* pointer;
  typedef const value_type* const_pointer;
  typedef value_type* iterator;
  typedef const value_type* const_iterator;
  typedef value_type& reference;
  typedef const value_type& const_reference;
  typedef size_t size_type;
  typedef ptrdiff_t difference_type;

#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION
  typedef reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
  typedef reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
#else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */
  typedef reverse_iterator<const_iterator, value_type, const_reference, 
                           difference_type>  const_reverse_iterator;
  typedef reverse_iterator<iterator, value_type, reference, difference_type>
          reverse_iterator;
#endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */
protected:
  typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator; // SGI STL 空間配置器接口
  iterator start;               // 表示目前使用空間的頭
  iterator finish;              // 表示目前使用空間的尾
  iterator end_of_storage;      // 表示目前可用空間的尾
  void insert_aux(iterator position, const T& x);
  void deallocate() {           // 釋放空間
    if (start) data_allocator::deallocate(start, end_of_storage - start);
  }

  void fill_initialize(size_type n, const T& value) {
    start = allocate_and_fill(n, value);
    finish = start + n;
    end_of_storage = finish;
  }
public:
  // 各種疊代器
  iterator begin() { return start; }
  const_iterator begin() const { return start; }
  iterator end() { return finish; }
  const_iterator end() const { return finish; }
  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()); }

  // size、max_size、capacity、empty
  size_type size() const { return size_type(end() - begin()); }
  size_type max_size() const { return size_type(-) / sizeof(T); }
  size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); }
  bool empty() const { return begin() == end(); }
  // 重載 []
  reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); }
  const_reference operator[](size_type n) const { return *(begin() + n); }


  // 構造函數，大都調用 fill_initialize
  vector() : start(), finish(), end_of_storage() {}
  vector(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
  vector(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
  vector(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
  explicit vector(size_type n) { fill_initialize(n, T()); }

  vector(const vector<T, Alloc>& x) {
    start = allocate_and_copy(x.end() - x.begin(), x.begin(), x.end());
    finish = start + (x.end() - x.begin());
    end_of_storage = finish;
  }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  vector(InputIterator first, InputIterator last) :
    start(), finish(), end_of_storage()
  {
    range_initialize(first, last, iterator_category(first));
  }
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
  vector(const_iterator first, const_iterator last) {
    size_type n = ;
    distance(first, last, n);
    start = allocate_and_copy(n, first, last);
    finish = start + n;
    end_of_storage = finish;
  }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

  // 析構函數
  ~vector() { 
    destroy(start, finish);
    deallocate();
  }
  vector<T, Alloc>& operator=(const vector<T, Alloc>& x);
  void reserve(size_type n) {
    if (capacity() < n) {
      const size_type old_size = size();
      iterator tmp = allocate_and_copy(n, start, finish);
      destroy(start, finish);
      deallocate();
      start = tmp;
      finish = tmp + old_size;
      end_of_storage = start + n;
    }
  }

  // 首尾元素
  reference front() { return *begin(); }
  const_reference front() const { return *begin(); }
  reference back() { return *(end() - ); }
  const_reference back() const { return *(end() - ); }
  void push_back(const T& x) {
    if (finish != end_of_storage) {
      construct(finish, x);
      ++finish;
    }
    else
      insert_aux(end(), x);
  }
  void swap(vector<T, Alloc>& x) {
    __STD::swap(start, x.start);
    __STD::swap(finish, x.finish);
    __STD::swap(end_of_storage, x.end_of_storage);
  }

  // 插入操作
  iterator insert(iterator position, const T& x) {
    size_type n = position - begin();
    if (finish != end_of_storage && position == end()) {
      construct(finish, x);
      ++finish;
    }
    else
      insert_aux(position, x);
    return begin() + n;
  }
  iterator insert(iterator position) { return insert(position, T()); }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last) {
    range_insert(position, first, last, iterator_category(first));
  }
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
  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);
  }

  // 删除最尾端元素
  void pop_back() {
    --finish;
    destroy(finish);
  }

  //清除某位置上的元素
  iterator erase(iterator position) {
    if (position +  != end())
      copy(position + , finish, position); // 後續元素往前移動
    --finish;
    destroy(finish);
    return position;
  }

  // 清除疊代器所指定的區間的元素
  iterator erase(iterator first, iterator last) {
    iterator i = copy(last, finish, first);
    destroy(i, finish);
    finish = finish - (last - first);
    return first;
  }

  // 重新設定 vector 大小，若設定值 new_size 大于目前 size，在尾端插入 x
  void resize(size_type new_size, const T& x) {
    if (new_size < size()) 
      erase(begin() + new_size, end());
    else
      insert(end(), new_size - size(), x);
  }
  void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
  void clear() { erase(begin(), end()); }

protected:
  // 配置空間并填滿内容，其中__STL_TRY、__STL_UNWIND 為異常相關的宏，在 stl_config.h 中定義
  iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x) {
    iterator result = data_allocator::allocate(n);
    __STL_TRY {
      uninitialized_fill_n(result, n, x);
      return result;
    }
    __STL_UNWIND(data_allocator::deallocate(result, n));
  }

#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class ForwardIterator>
  iterator allocate_and_copy(size_type n,
                             ForwardIterator first, ForwardIterator last) {
    iterator result = data_allocator::allocate(n);
    __STL_TRY {
      uninitialized_copy(first, last, result);
      return result;
    }
    __STL_UNWIND(data_allocator::deallocate(result, n));
  }
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
  iterator allocate_and_copy(size_type n,
                             const_iterator first, const_iterator last) {
    iterator result = data_allocator::allocate(n);
    __STL_TRY {
      uninitialized_copy(first, last, result);
      return result;
    }
    __STL_UNWIND(data_allocator::deallocate(result, n));
  }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */


#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  void range_initialize(InputIterator first, InputIterator last,
                        input_iterator_tag) {
    for ( ; first != last; ++first)
      push_back(*first);
  }

  // This function is only called by the constructor.  We have to worry
  // about resource leaks, but not about maintaining invariants.
  template <class ForwardIterator>
  void range_initialize(ForwardIterator first, ForwardIterator last,
                        forward_iterator_tag) {
    size_type n = ;
    distance(first, last, n);
    start = allocate_and_copy(n, first, last);
    finish = start + n;
    end_of_storage = finish;
  }

  template <class InputIterator>
  void range_insert(iterator pos,
                    InputIterator first, InputIterator last,
                    input_iterator_tag);

  template <class ForwardIterator>
  void range_insert(iterator pos,
                    ForwardIterator first, ForwardIterator last,
                    forward_iterator_tag);

#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
};
           

2.2 vector 的疊代器

vector 維護的是一個連續的線性空間，是以不論其元素型别如何，普通指針 都可以作為 vector 的疊代器而滿足所有必要條件，因為 vector 疊代器所需要的操作行為，如 operator*，operator->，operator++， operator–， operator+，operator-，operator+=， operator-=，普通指針天生就具備。vector 支援随機存取，而普通指針正有這樣的能力。是以，vector 提供的是 Random Access Iterators。

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector
{
public:
    typedef T             value_type;
    typedef value_type*   iterator;
    ...
}
           

根據定義，如果用戶端寫出這樣的代碼：

vector<int>::iterator ivite;
vector<Shape>::iterator svite;
           

則，ivite 型别就是 int*，svite 的型别就是 Shape*。

2.3 vector 的資料結構

vector 所采用的資料結構非常簡單：連續線性空間。它以；兩個疊代器 start 和 finish 分别指向配置得來的連續空間中目前已被使用的範圍，并以疊代器 end_of_storage 指向整塊連續空間（含備用空間）的尾端：

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector
{
...
protected:
  iterator start;               // 表示目前使用空間的頭
  iterator finish;              // 表示目前使用空間的尾
  iterator end_of_storage;      // 表示目前可用空間的尾
}
           

為了降低空間配置時的速度成本，vector 實際配置的大小可能比用戶端需求量更大一些，以備将來可能的擴充。這便是容量（capacity）的概念。

添加新元素時，如果超出當時的容量，則容量會擴充至兩倍，如果兩倍容量仍不足，就擴充至足夠大的容量。上述容量的擴張必須經曆“重新配置、元素移動、釋放空間”等過程。

2.4 vector 的構造和相關操作

vector 預設使用 alloc 作為空間配置器，并據此定義出 data_allocator，為的是更友善的以元素大小作為配置機關：

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector {
...
protected:
  typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;
...
  void deallocate() {
    if (start) data_allocator::deallocate(start, end_of_storage - start);
  }

  void fill_initialize(size_type n, const T& value) {
    start = allocate_and_fill(n, value);
    finish = start + n;
    end_of_storage = finish;
}

public:
  vector(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }

protected:
  iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x) {
    iterator result = data_allocator::allocate(n);
    __STL_TRY {
      uninitialized_fill_n(result, n, x);
      return result;
    }
    __STL_UNWIND(data_allocator::deallocate(result, n));
  }
           

構造函數調用 fill_initialize，fill_initialize調用 allocate_and_fill，allocate_and_fill 調用 uninitialized_fill_n，uninitialized_fill_n 會根據第一參數的型别特性，決定使用算法 fill_n() 或反複調用 construct() 來完成任務。

void push_back(const T& x) {
    if (finish != end_of_storage) {
      construct(finish, x);
      ++finish;
    }
    else
      insert_aux(end(), x);
  }
           

push_back：

push_back 插入元素 x，若還有備用空間，直接在備用空間上構造，并調整疊代器 finish。如果沒有備用空間了，就擴充空間（重新配置、移動資料、釋放原空間）：

template <class T, class Alloc>
void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T& x) {
  // 還有備用空間
  if (finish != end_of_storage) {
    construct(finish, *(finish - ));
    // 調整 finish
    ++finish;
    T x_copy = x;
    // 與 copy 本質相同，隻是從後面複制,可以避免區間有重疊時覆寫資料的問題
    copy_backward(position, finish - , finish - );
    *position = x_copy;
  }
  // 已無備用空間
  else {
    const size_type old_size = size();
    const size_type len = old_size !=  ?  * old_size : ;
    // 以上配置原則為：
    // 如果原大小為0，則配置1；
    // 如果原大小不為0，則配置為原來2倍，前半段用來放置資料，後半段準備用來放置新資料
    iterator new_start = data_allocator::allocate(len);
    iterator new_finish = new_start;
    __STL_TRY {
      // 将原 vector 拷貝至新 vector
      new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);
      // 為新元素設定初值 x
      construct(new_finish, x);
      // 調整 new_finish
      ++new_finish;
      // 将安插點的原内容也拷貝過來
      new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);
    }

#       ifdef  __STL_USE_EXCEPTIONS 
    catch(...) {
      destroy(new_start, new_finish); 
      data_allocator::deallocate(new_start, len);
      throw;
    }
#       endif /* __STL_USE_EXCEPTIONS */
    // 析構并釋放原 vector
    destroy(begin(), end());
    deallocate();
    // 調整疊代器
    start = new_start;
    finish = new_finish;
    end_of_storage = new_start + len;
  }
}
           

注意：一旦對 vector 的操作引起空間重新配置，指向原 vector 的所有疊代器就全部失效。

pop_back：

void pop_back() {
    --finish;
    destroy(finish);
  }
           

insert：

template <class T, class Alloc>
void vector<T, Alloc>::insert(iterator position, size_type n, const T& x) {
  // 當 n != 0 才進行以下所有操作
  if (n != ) {
    // 備用空間大于等于新增元素個數
    if (size_type(end_of_storage - finish) >= n) {
      T x_copy = x;
      const size_type elems_after = finish - position;
      iterator old_finish = finish;
      // 針對插入點後現有元素與新增元素個數的數量采取不同的操作
      // 插入點後現有元素個數大于新增元素個數
      if (elems_after > n) {
        uninitialized_copy(finish - n, finish, finish);
        finish += n;
        copy_backward(position, old_finish - n, old_finish);
        fill(position, position + n, x_copy);
      }
      // 插入點後現有元素個數小于等于新增元素個數
      else {
        uninitialized_fill_n(finish, n - elems_after, x_copy);
        finish += n - elems_after;
        uninitialized_copy(position, old_finish, finish);
        finish += elems_after;
        fill(position, old_finish, x_copy);
      }
    }
    else {
      // 備用空間小于新增元素個數（必須配置額外的記憶體）
      // 首先決定新長度：舊長度的2倍，或者舊長度+新增元素個數
      const size_type old_size = size();        
      const size_type len = old_size + max(old_size, n);
      // 配置新的 vector 空間
      iterator new_start = data_allocator::allocate(len);
      iterator new_finish = new_start;
      __STL_TRY {
        new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);
        new_finish = uninitialized_fill_n(new_finish, n, x);
        new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);
      }
#         ifdef  __STL_USE_EXCEPTIONS 
      catch(...) {
        // 如有異常發生，實作 commit or rollback 語義
        destroy(new_start, new_finish);
        data_allocator::deallocate(new_start, len);
        throw;
      }
#         endif /* __STL_USE_EXCEPTIONS */
      // 清除并釋放舊的 vector
      destroy(start, finish);
      deallocate();
      // 調整疊代器
      start = new_start;
      finish = new_finish;
      end_of_storage = new_start + len;
    }
  }
}
           

erase：

iterator erase(iterator position) {
  if (position +  != end())
    copy(position + , finish, position);
  --finish;
  destroy(finish);
  return position;
}
iterator erase(iterator first, iterator last) {
  iterator i = copy(last, finish, first);
  destroy(i, finish);
  finish = finish - (last - first);
  return first;
}
           

resize 和 clear：

void resize(size_type new_size, const T& x) {
  if (new_size < size()) 
    erase(begin() + new_size, end());
  else
    insert(end(), new_size - size(), x);
}
void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
void clear() { erase(begin(), end()); }
           

3. 序列式容器之 list

相對于 vector 的連續線性空間，list 就顯得複雜許多，它的好處是每次插入或删除一個元素，就配置或釋放一個元素的空間。是以，list 對于空間的運用絕對精準，一點也不浪費。而且對于任何位置的元素插入或删除，list 都是常數時間。

list 和 vector 是兩個最常用的容器。在什麼時機下選擇哪一種容器，必須視元素的多寡、元素構造複雜度（有無 non-trivial copy construct，non-trivial copy assignmen operator）、元素存取行為的特性而定。

3.1 list 的節點、疊代器和資料結構

每一個設計過 list 的人都知道，list 本身和 list 的節點是不同的結構，需要分開設計。以下是 STL list 的節點結構：

template <class T>
struct __list_node
{
    typedef void* void_pointer;    // 型别為 void*，其實可設為 __list_node<T>*
    void_pointer prev;
    void_pointer next;
    T data;
};
           

list_node_allocator(n) 表示配置 n 個節點空間。以下四個函數：

...
protected:
  // 配置一個節點并傳回
  link_type get_node() { return list_node_allocator::allocate(); }
  // 釋放一個節點
  void put_node(link_type p) { list_node_allocator::deallocate(p); }

  // 産生一個節點，帶有元素值
  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;
  }
  // 銷毀一個節點
  void destroy_node(link_type p) {
    destroy(&p->data);
    put_node(p);
  }
...
           

list 提供許多構造函數，其中一個是預設構造函數，構造一個空的 list：

...
protected
  void empty_initialize() { 
    node = get_node();
    node->next = node;
    node->prev = node;
  }
public:
  list() { empty_initialize(); }
...
           

其他構造函數與 vector 類似，調用 fill_initialize：

void fill_initialize(size_type n, const T& value) {
  empty_initialize();
  __STL_TRY {
    insert(begin(), n, value);
  }
  __STL_UNWIND(clear(); put_node(node));
}
           

list 不再能夠像 vector 一樣以普通指針作為疊代器，因為其節點不保證在存儲空間連續存在。list 的疊代器必須有能力指向 list 的節點，并有能力進行正确的遞增、遞減、取值、成員存取等操作。

由于 STL list 是一個雙向連結清單，疊代器必須具備前移、後移的能力，是以 list 提供的疊代器是 Bidirectional Iterators。此外，list 的插入（insert）和接合 splice 都不會造成原有 list 疊代器失效，删除（erase）操作隻會導緻指向被删除的那個疊代器失效，其他疊代器不受影響。

以下是 list 疊代器的設計：

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;               // 指向 list 節點

  __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; }
  // 疊代器取值，取的是節點的資料值
  reference operator*() const { return (*node).data; }

#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR
  pointer operator->() const { return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */

  // 疊代器遞增1，傳回左值、右值
  self& operator++() { 
    node = (link_type)((*node).next);
    return *this;
  }
  self operator++(int) { 
    self tmp = *this;
    ++*this;
    return tmp;
  }
  // 疊代器遞減，傳回左值、右值
  self& operator--() { 
    node = (link_type)((*node).prev);
    return *this;
  }
  self operator--(int) { 
    self tmp = *this;
    --*this;
    return tmp;
  }
};
           

3.2 list 的資料結構

SGI list 不僅僅是一個雙向連結清單，還是循環雙向連結清單。是以它隻需一個指針，便可以完整表現整個連結清單：

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;
...
protected:
  link_type node;
           

讓指針 node 指向刻意置于尾端的一個空白節點，node 便能符合 STL 對于“前閉後開”區間的要求，成為 last 疊代器，如下函數便可輕易完成：

// begin、end、rbegin、rend
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()); } 

// empty、size、max_size
bool empty() const { return node->next == node; }
size_type size() const {
  size_type result = ;
  distance(begin(), end(), result);
  return result;
}
size_type max_size() const { return size_type(-); }

// front、back
reference front() { return *begin(); }
const_reference front() const { return *begin(); }
reference back() { return *(--end()); }
const_reference back() const { return *(--end()); }
           

3.3 list 的構造和相關操作

list 預設使用 alloc 作為空間配置器，并據此另外定義一個list list_node_allocator，為的是更友善地以節點大小配置機關：

template <class T, class Alloc = alloc>
class list {
protected:
...
  typedef __list_node<T> list_node;
  typedef simple_alloc<list_node, Alloc> list_node_allocator;
...
}
           

list 的常見操作主要包括：insert、push_front、push_back、erase、pop_front、pop_back、clear、remove、unique、splice、merge、sort 等。

// 在指定節點插入一個節點
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;
}

// 插入一個節點，作為頭節點
void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); }

// 插入一個節點，作為尾節點
void push_back(const T& x) { insert(end(), x); }

// 删除指定節點
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);
}

// 删除頭節點
void pop_front() { erase(begin()); }

// 删除尾節點
void pop_back() { 
  iterator tmp = end();
  erase(--tmp);
}

// 清空連結清單
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;
}

// 移除指定值的元素
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;
  }
}

// 移除數值相同的連續元素
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);
    else
      first = next;
    next = first;
  }
}

// 将 [first,last) 内的所有元素移動到 position 之前，是一個非公開接口
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;
  }
}

// 接合操作：将某連續範圍的元素從一個 list 移動到另一個（或者同一）list 的某個定點
// 為了提供各種接口彈性，list<T>::splice 有許多版本
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);
}

// 将 x 合并到 *this 上，兩個 lists 的内容都必須先經過遞增排序
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();
  // 兩個 list 都已是遞增排序
  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);
}

// 翻轉 list
template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::reverse() {
  // 若連結清單尾空或者隻有一個節點，則不進行任何操作
  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);
  }
}

// list 不能使用 STL 的 sort 算法，必須使用自己的 sort，采用的是 quick sort
// 原因是 STL 算法 sort 隻接受 RamdonAccessIterator
template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::sort() {
  // 若連結清單尾空或者隻有一個節點，則不進行任何操作
  if (node->next == node || link_type(node->next)->next == node) return;
  list<T, Alloc> carry;
  list<T, Alloc> counter[];
  int fill = ;
  while (!empty()) {
    carry.splice(carry.begin(), *this, begin());
    int i = ;
    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 = ; i < fill; ++i) counter[i].merge(counter[i-]);
  swap(counter[fill-]);
}