【C++】——list的介绍及使用 && 模拟实现
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文章目录
前言
一、list的介绍及使用
1.1 list的介绍
1.2 list的使用
1.2.1 list的构造
1.2.2 list iterator的使用
1.2.3 list capacity
1.2.4 list element access
1.2.5 list modifiers
1.2.6 list的迭代器失效
二、 list的模拟实现
编辑
三、 list与vector的对比
总结
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前言
世上有两种耀眼的光芒，一种是正在升起的太阳，一种是正在努力学习编程的你!一个爱学编程的人。各位看官，我衷心的希望这篇博客能对你们有所帮助，同时也希望各位看官能对我的文章给与点评，希望我们能够携手共同促进进步，在编程的道路上越走越远！
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
一、list的介绍及使用
1.1 list的介绍
list的文档介绍
- list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。
- list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
- list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
- 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
- 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list 的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)
1.2 list的使用
list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口。
1.2.1 list的构造
构造函数（constructor） 接口说明 list (size_type n, const value_type& val = value_type()) 构造的list中包含n个值为val的元素 list() 构造空的list list (const list& x) 拷贝构造函数 list (InputIterator first, InputIterator last) 用[first, last)区间中的元素构造list list的构造使用代码演示
1.2.2 list iterator的使用
此处，大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。
函数声明 接口说明 begin + end 返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器 rbegin + rend 返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位置的 reverse_iterator,即begin位置 【注意】
- begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
- rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动
1.2.3 list capacity
函数声明 接口说明 empty 检测list是否为空，是返回true，否则返回false size 返回list中有效节点的个数 1.2.4 list element access
函数声明 接口说明 front 返回list的第一个节点中值的引用 back 返回list的最后一个节点中值的引用 1.2.5 list modifiers
函数声明 接口说明 push_front 在list首元素前插入值为val的元素 pop_front 删除list中第一个元素 push_back 在list尾部插入值为val的元素 pop_back 删除list中最后一个元素 insert 在list position 位置中插入值为val的元素 erase 删除list position位置的元素 swap 交换两个list中的元素 clear 清空list中的有效元素 list的插入和删除使用代码的演示
list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。
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。
void TestListIterator1() { int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 }; list 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 l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0])); auto it = l.begin(); while (it != l.end()) { l.erase(it++);// it = l.erase(it); } }二、 list的模拟实现
Test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include #include #include #include using namespace std; void test_op1() { srand(time(0)); const int N = 1000000; list lt1; list lt2; vector v; for (int i = 0; ilist.h
#pragma once #include // 原生指针是天然的迭代器，前提是物理空间是连续的 namespace bit { template struct ListNode { // 数据全部是公有的话，可以用struct ListNode* _next; ListNode* _prev; T _data; ListNode(const T& x = T()) :_next(nullptr) , _prev(nullptr) , _data(x) {} }; // typedef ListIterator iterator; // typedef ListIterator const_iterator; // 期望：通过原生指针(Node*)来遍历链表，但是每个节点在物理空间上的地址不连续，没办法遍历； // 而且解引用也拿不到节点对象中对应的数据。 // 原生指针(节点的指针)不满足我们的预期，所以我们用类将原生指针封装一下，自定义类型可以重载运算符，就可以掌控它的行为 template // Ref:Reference(引用) Ptr:pointer(指针) struct ListIterator { typedef ListNode Node; typedef ListIterator Self; Node* _node;// 指针都是内置类型 ListIterator(Node* node) :_node(node) {} // *it //T& operator*() Ref operator*() { return _node->_data; } // it-> //T* operator->() Ptr operator->() { return &_node->_data;// 返回的是结构体A的地址 } // ++it 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) { return _node != it._node; } bool operator==(const Self& it) { return _node == it._node; } }; //template //struct ListConstIterator //{ // typedef ListNode Node; // typedef ListConstIterator Self; // Node* _node; // ListConstIterator(Node* node) // :_node(node) // {} // // *it // const T& operator*() // { // return _node->_data; // } // // it-> // const T* operator->() // { // return &_node->_data; // } // // ++it // 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) // { // return _node != it._node; // } // bool operator==(const Self& it) // { // return _node == it._node; // } //}; template class list { typedef ListNode Node; public: //typedef ListIterator iterator;// 将迭代器的类型重命名为iterator，不管迭代器是什么类型，都不重要了 // const的迭代器怎么搞呢？ // 1、单独搞一个const迭代器的类模板；2、一个普通迭代器，一个const的迭代器，有点冗余了，可以用一个模板参数来控制 //typedef ListConstIterator const_iterator; typedef ListIterator iterator; typedef ListIterator const_iterator; // 方法一： //iterator begin() //{ // //return iterator(_head->_next);// return后面的代码就是一个匿名对象 // iterator it(_head->_next);// iterator的构造函数(有名对象) // return it; //} // 方法二：单参数的构造函数具有隐式类型转换 // 普通的迭代器会被修改 iterator begin() { return _head->_next; } iterator end() { return _head; } // const迭代器，需要是迭代器(返回的是指针)不能修改，还是迭代器指向的内容？ // 迭代器指向的内容不能修改！const iterator不是我们需要const迭代器，const修饰的是iterator(一个自定义类型) // T* const p1 // const T* p2 const_iterator begin() const { return _head->_next; } // 为什么const_iterator要加中间的下划线呢？因为const iterator是使迭代器不能被修改，不是我们需要的const迭代器。 // 所以const的迭代器并不是在普通迭代器前面加上一个const，而是创建了一个新的const_iterator类型。 const_iterator end() const { return _head; } void empty_init() { _head = new Node; _head->_next = _head; _head->_prev = _head; _size = 0; } // 无参的构造函数 list() { empty_init(); } // lt2(lt1) list(const list& lt) { empty_init();// 先搞一个哨兵位的头节点，自己指向自己 // 这里的e前面要加引用，因为T有可能是string类型，如果是string类型的话，不加引用，又是浅拷贝 for (auto& e : lt) { push_back(e); } } // 需要析构，一般就需要自己写深拷贝 // 不需要析构，一般就不需要自己写深拷贝，默认浅拷贝就可以 void swap(list& lt) { std::swap(_head, lt._head); std::swap(_size, lt._size); } // lt1 = lt3 list& operator=(list lt) { swap(lt); return *this; } // 清掉所有数据，但是没有清掉头节点的数据 void clear() { iterator it = begin(); while (it != end()) { it = erase(it); } } ~list() { clear(); delete _head; _head = nullptr; } /*void push_back(const T& x) { Node* newnode = new Node(x); Node* tail = _head->_prev; tail->_next = newnode; newnode->_prev = tail; newnode->_next = _head; _head->_prev = newnode; }*/ 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()); } void insert(iterator pos, const T& val) { Node* cur = pos._node; Node* newnode = new Node(val); Node* prev = cur->_prev; // prev newnode cur; prev->_next = newnode; newnode->_prev = prev; newnode->_next = cur; cur->_prev = newnode; _size++; } iterator erase(iterator pos) { Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; Node* next = cur->_next; prev->_next = next; next->_prev = prev; delete cur; _size--; return iterator(next); } size_t size() const { return _size; } bool empty() { return _size == 0; } private: Node* _head; size_t _size; }; void test_list1() { list lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); lt.push_back(5); // 不同的容器，它们内部的迭代器的类型都是不同的 list::iterator it = lt.begin(); // 内嵌类型：1、类部类；2、typedef // iterator这个类型属于list这个类域 while (it != lt.end()) { *it += 10; cout
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