C++STL之list

1.list的使用

2.list iterator的使用

3.list的常用接口

4.list的迭代器失效

5.list的模拟实现

6.list的反向迭代器

7.list与vector的对比

1.list的使用

构造函数	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

2.list iterator的使用

可以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】

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

3.list的常用接口

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
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
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

4.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);
}
}

5.list的模拟实现

#pragma once
#include<iostream>

namespace bit
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;

		list_node(const T& data = T())
			:_data(data)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{}
	};

	// const_iterator
	template<class T>
	struct list_iterator
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_iterator<T> Self;
		Node* _node;

		list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

		T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}
	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;
	public:
		typedef list_iterator<T> iterator;

		iterator begin()
		{
			/*	iterator it(_head->_next);
				return it;*/
				//return iterator(_head->_next);
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		}

		list()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}

		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;

			++_size;*/

			insert(end(), x);
		}

		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;

			Node* newnode = new Node(x);

			// prev newnode cur
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			prev->_next = newnode;

			++_size;
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		void erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			Node* prev = pos._node->_prev;
			Node* next = pos._node->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete pos._node;

			--_size;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		bool empty() const
		{
			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);

		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			std::cout << *it << " ";
			++it;
		}
		std::cout << std::endl;
	}
}

6.list的反向迭代器

通过前面例子知道，反向迭代器的++就是正向迭代器的--，反向迭代器的--就是正向迭代器的++，

因此反向迭代器的实现可以借助正向迭代器，即：反向迭代器内部可以包含一个正向迭代器，对

正向迭代器的接口进行包装即可。

template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态
成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
public:
typedef typename Iterator::Ref Ref;
typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
//
// 构造
ReverseListIterator(Iterator it): _it(it){}
//
// 具有指针类似行为
Ref operator*(){
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->(){ return &(operator*());}
//
// 迭代器支持移动
Self& operator++(){
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int){
Self temp(*this);
--_it;
return temp;
}
Self& operator--(){
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
++_it;
return temp;
}
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const{ return _it != l._it;}
bool operator==(const Self& l)const{ return _it != l._it;}
Iterator _it;
};

7.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，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