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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
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<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
Test.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>
#include<algorithm>
using namespace std;
void test_op1()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list<int> lt1;
list<int> lt2;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
v.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// vector用算法排序
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
// list用自己的排序方法
lt1.sort();
int end2 = clock();
printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
void test_op2()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list<int> lt1;
list<int> lt2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand();
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// vector
vector<int> v(lt2.begin(), lt2.end());// 用迭代器区间进行初始化，相当于数据拷贝给vector
// 让vector来排序
sort(v.begin(), v.end());
// lt2 再将数据拷贝回给list
lt2.assign(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();// 直接排序
int end2 = clock();
printf("list copy vector sort copy list sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
//
//int main()
//{
// test_op2();
//
// return 0;
//}
#include"list.h"
int main()
{
bit::test_list3();
return 0;
}list.h#pragma once
#include<assert.h>
// 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<class T>
struct ListNode
{
// 数据全部是公有的话，可以用struct
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& x = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(x)
{}
};
// typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
// typedef ListIterator<T, const T&, const T*> 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<class T, class Ref, class Ptr>
// Ref:Reference(引用) Ptr:pointer(指针)
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> 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<class T>
//struct ListConstIterator
//{
// typedef ListNode<T> Node;
// typedef ListConstIterator<T> 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 T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
//typedef ListIterator<T> 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<T> const_iterator;
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> 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<T>& 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<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
// lt1 = lt3
list<T>& operator=(list<T> 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<int> 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<int>::iterator it = lt.begin();
// 内嵌类型：1、类部类；2、typedef
// iterator这个类型属于list<int>这个类域
while (it != lt.end())
{
*it += 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
lt.push_front(10);
lt.push_front(20);
lt.push_front(30);
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.pop_back();
lt.pop_back();
lt.pop_front();
lt.pop_front();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
struct A
{
int _a1;
int _a2;
A(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
};
void test_list2()
{
list<A> lt;
A aa1(1, 1);
A aa2 = { 1, 1 };// 多参数的构造函数也可以支持隐式类型转换
lt.push_back(aa1);
lt.push_back(aa2);
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back({ 3, 3 });// 隐式类型转换
lt.push_back({ 4, 4 });
A* ptr = &aa1;
(*ptr)._a1;
ptr->_a1;
list<A>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//*it += 10;
// cout << *it << " ";// 流插入不支持自定义类型，如果想要流插入支持自定义类型：
// 1、自己写一个流插入的运算符重载；2、数据是共有的
// *it是调用operator*()函数，返回的是A的对象
//cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
void PrintList(const list<int>& clt)
{
list<int>::const_iterator it = clt.begin();
while (it != clt.end())
{
//*it += 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
PrintList(lt);
list<int> lt1(lt);
PrintList(lt1);
}
}
三、 list与vector的对比
vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下：
| 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) |
| 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 |
| 迭 代 器 | 原生态指针 | 对原生态指针(节点指针)进行封装 |
| 迭 代 器 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 |
| 使 用 场 景 | 需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率 | 大量插入和删除操作，不关心随 机访问 |
总结
好了，本篇博客到这里就结束了，如果有更好的观点，请及时留言，我会认真观看并学习。
不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海。
