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🍇系列专栏：🌙 STL函数专栏
🌙请不要相信胜利就像山坡上的蒲公英一样唾手可得，但是请相信，世界上总有一些美好值得我们全力以赴，哪怕粉身碎骨！🌙
🍉一起加油，去追寻、去成为更好的自己！
🍎1、list的介绍
1.1.文档中的定义
中文意思是列表是序列容器，允许在序列中的任何位置进行恒定时间O(1)的插入和删除操作，以及双向迭代。
- list的接口/成员函数
- 访问元素的接口
- 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。
以下为list中一些常见的重要接口
| 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 |
构造List的代码示例
int main ()
{
list<int> l1; //构造空的list，并且数据类型为int
list<int> l2(10, 20); //第一个10是数量，20是值， 相当于是构造时有10个元素，每个元素是20
list<int> l3(l2);//用另一个list对象拷贝构造l3
list<int> l4(l3.begin(), l3.end());//用l3的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
return 0;
}
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。
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| begin + end（重点） | 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】
1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
2. 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 |
sort是随机访问迭代器
链表sort的用法：不需要传入链表的首和尾
L.sort();
STL中各种容器的迭代器分类
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<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
分析list的迭代器
- 数组有原生指针，可以当迭代器
- 但是链表没有，链表是随机的物理地址，原生指针不行，所以要封装一个迭代器，通过自己的努力，重载运算符
- list的++和 *解引用都是函数调用，不是自带的。vector的iterator 是原生指针，而list的iterator是自定义类型
list源代码里面的迭代器是有三个参数
实现一个const迭代器，所以要传三个模板参数
template<class T, class Ref, class Ptr>
typedef _list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef _list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
再实现一个const begin()和 const end()
const_iterator begin() const
{
//return _head->_next;
return iterator(_head->_next);//第一个节点的指针就是head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return iterator(_head);//end就是哨兵位的头结点
}
完善list的插入和删除
插入的逻辑
提前把前一个的结点找到
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* newNode = new Node(x);//新生成一个空间并且初始化成x
Node* cur = pos._node;//取迭代器的结点
//迭代器的实现是对上层透明的
Node* prev = cur->_prev;//prev是前一个结点的指针
//prev newnode cur
prev->_next = newNode;
newNode->_prev = prev;
newNode->_next = cur;
cur->_prev = newNode;
return iterator(newNode);
}
erase的逻辑
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//不能把哨兵位的头结点删掉
Node* cur = pos._node;//取到pos位的结点
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
//prev next
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
return iterator(next);
}
🍎LIst的模拟实现
#pragma once
#include<assert.h>
#include"Reit.h"
namespace jiang
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _data;
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_data(val)
{}
};
//T是类型，比如是int， Ref是T&， Ptr是T*
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)
{}
//析构函数 -- 节点不属于迭代器，不需要迭代器释放
//拷贝构造和赋值重载 -- 默认生成的浅拷贝就可以
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
self& operator++()//迭代器++返回的还是迭代器
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator--()//迭代器++返回的还是迭代器
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator++(int)//后置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self operator--(int)//后置++
{
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 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;
//结点的指针支持隐式类型的转换，转换成迭代器所以写成_head->_next也是可以的
iterator begin()
{
//return _head->_next;
return iterator(_head->_next);//第一个节点的指针就是head->_next;
}
iterator end()
{
return iterator(_head);//end就是哨兵位的头结点
}
const_iterator begin() const
{
//return _head->_next;
return const_iterator(_head->_next);
//第一个节点的指针就是head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);//end就是哨兵位的头结点
}
list()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
template <class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
// 17:00 继续
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);//交换头指针
}
//传统写法,实现深拷贝
//list(const list<T>& lt)
//{
// _head = new Node();
// _head->_next = _head;
// _head->_prev = _head;//初始化一个头结点
// for (auto e : it)
// {
// push_back(e);
// }
//}
// lt2(lt1) -- 现代写法拷贝构造
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
// lt2 = lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)//为什么要传&返回，减少拷贝构造
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;//delete掉头结点
_head = nullptr;//头结点置空
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void push_back(const T& x)
{
//Node* tail = _head->_prev;//找尾,so简单
//Node* newnode = new Node(x);
_head tail newnode
//newnode->_next = _head;//先右后左
//_head->_prev = newnode;
//tail->_next = newnode;
//newnode->_prev = tail;
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
//插入在pos位置的前一个
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* newNode = new Node(x);//新生成一个空间并且初始化成x
Node* cur = pos._node;//取迭代器的结点
//迭代器的实现是对上层透明的
Node* prev = cur->_prev;//prev是前一个结点的指针
//prev newnode cur
prev->_next = newNode;
newNode->_prev = prev;
newNode->_next = cur;
cur->_prev = newNode;
return iterator(newNode);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//不能把哨兵位的头结点删掉
Node* cur = pos._node;//取到pos位的结点
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
//prev next
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
return iterator(next);
}
private:
Node* _head;
};
🍎总结
这次和大家分享了基本的list的用法以及基础的模拟实现，希望对大家快速上手list有帮助。
