准备
博主:大大怪先森(记得关注哦!）
编程环境：vs2013
所示代码：码源
提示：写完文章后，目录可以自动生成
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前言
本文将讲解list的相关知识！！！
提示：以下是本篇文章正文内容
一、list的介绍和使用
1.1list的介绍
- 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来说可能是一个重要因素)
1.2.list的使用
1.2.1list的常见的接口函数
| 函数声明 | |
|---|---|
| empty | 判断是否为空 |
| fornt | 返回第一个链表值中的引用 |
| back | 返回最后一个链表值中的引用 |
| clear | 清空数据 |
其他大多数接口函数和vector和string容器类似可以参考上两篇内容。
小编这里可不是懒哦，正好宝子们也可复习一下(狗头保命)
1.2.2list迭代器失效(重点)
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
1.2.2.1erase()函数实现原理;
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
delete pos._node;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
1.2.2.2失效案例:
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);
}
}
二、list的模拟实现
list.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include"reverse_iterator.h"
using namespace std;
namespace wzd
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(data)
{
}
};
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct _list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef _list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
Node* _node;
_list_iterator(Node* x)
:_node(x)
{
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
&_node->_data;
}
//前置++
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
//前置--
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
//后置--
self operator--(int)
{
__list_iterator<T> tmp(*this);
_node = _node->prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& tmp)const
{
return _node != tmp._node;
}
bool operator ==(const self& tmp)const
{
return _node == tmp._node;
}
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
typedef _list_iterator<T,T&,T*> iterator;
typedef _list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
//typedef reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
typedef reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
const_iterator begin()const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(_head->_prev);
}
list()
{
//设置哨兵位
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//list<Date> lt1(5,Date(2022,3,15)
//list<int> lt2(5,1)
//这里需要注意的是可能构造函数在匹配的时候会和下面的
//拥有函数模板的构造函数匹配所有这里做出处理，让编译器取匹配更合适的哪一个构造函数
list(int n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
list(size_t n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
foe(size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
template<class Inputiterator>
list(Inputiterator frist, Inputiterator last)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (frist != last)
{
push_back(*frist);
++frist;
}
}
//现代写法
//lt(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(li.begin().lt.end());
std::swap(_head,tmp._head);
}
//lt2 = lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
return *this;
}
//传统写法
构造函数
lt(l1)
//list(const list<T>& lt)
//{
// _head = new Node();
// _head->_prev = _head;
// _head->_next = _head;
// while (auto e: lt)
// {
// push_back(e);
// }
//}
lt2 = lt1
//list<T>& operator=(const list<T>& lt)
//{
// if (this != <)
// {
// clear();
// for (auto e : lt)
// {
// push_back(e);
// }
// }
//}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
//传统写法
/*iterator it = begin(); while (it != end()) { iterator del = i++; delete del._node; } _head->_next = _head; _head->_prev = _head;*/
//复用写法
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it++);
}
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator insert(iterator pos,const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
Node* next = cur->_next;
delete cur;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
delete pos._node;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
void push_back(const T& x)
{
Node* tail = _head->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}
private:
Node* _head;
};
void test_list1()
{
list<int> lt;
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
//list<int>::iterator it = lt.begin();
//while(it != lt.end())
//{
// *it *= 2;
// cout << *it << endl;
//}
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
/*cout << typeid(e).name();*/
}
cout << endl;
}
void test_list2()
{
list<int> lt;
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
list<int>::reverse_iterator it = lt.rbegin();
while (it != lt.rend())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}
reverse_iteratoe.h
#pragma once
namespace wzd
{
template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
class reverse_iterator
{
typedef reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
public:
reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{
}
Ref operator*()
{
Iterator prev = _it;
return *--prev;
}
Ptr operator->()
{
return &operator*();
}
self operator++()
{
--_it;
return *this;
}
self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
bool operator!=(const self& rit)const
{
return _it != rit._it;
}
private:
Iterator _it;
};
}
三、list和vector的对比
| vector | list | |
|---|---|---|
| 底层结构 | 动态顺序表，一段连续空间 | 带头结点的双向循环链表 |
| 随机访问 | 支持随机访问，访问某个元素效率O(1) | 不支持随机访问，访问某个元素效率O(N) |
| 插入和删除 | 任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低 | 任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1) |
| 迭代器 | 原生态指针 | 对原生态指针(节点指针)进行封装 |
| 迭代失效 | 在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效 | 插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响 |
| 空间利用率 | 底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高 | 底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低 |
结语
希望本篇文章能给各位带来帮助，如有不足还请指正！！！
码字不易，各位大大给个收藏点赞吧！！！
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