一、list的介绍以及使用
1、list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来说这可能是一个重要的因素)
图示：
2、list的使用
2.1 list的构造
#include <iostream> #include <list> int main () { std::list<int> l1; // 构造空的l1 std::list<int> l2 (4,100); // l2中放4个值为100的元素 std::list<int> l3 (l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3 std::list<int> l4 (l3); // 用l3拷贝构造l4 // 以数组为迭代器区间构造l5 int array[] = {16,2,77,29}; std::list<int> l5 (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) ); // 用迭代器方式打印l5中的元素 for(std::list<int>::iterator it = l5.begin(); it != l5.end(); it++) std::cout << *it << " "; std::cout<<endl; // C++11范围for的方式遍历 for(auto& e : l5) std::cout<< e << " "; std::cout<<endl; return 0; }
2.2 list iterator的使用
图示：
【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
#include <iostream> using namespace std; #include <list> void print_list(const list<int>& l) { // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象 for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) { cout << *it << " "; // *it = 10; 编译不通过 } cout << endl; } int main() { int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 }; list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0])); // 使用正向迭代器正向list中的元素 for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) cout << *it << " "; cout << endl; // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素 for (list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it) cout << *it << " "; cout << endl; return 0; }
2.3 list 容量函数
2.4 list 的元素获取
2.5 list 的修改
| 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 |
测试代码：
#include <list> void PrintList(list<int>& l) { for (auto& e : l) cout << e << " "; cout << endl; } //========================================================================================= // push_back/pop_back/push_front/pop_front void TestList1() { int array[] = { 1, 2, 3 }; list<int> L(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0])); // 在list的尾部插入4，头部插入0 L.push_back(4); L.push_front(0); PrintList(L); // 删除list尾部节点和头部节点 L.pop_back(); L.pop_front(); PrintList(L); } //========================================================================================= // insert /erase void TestList3() { int array1[] = { 1, 2, 3 }; list<int> L(array1, array1+sizeof(array1)/sizeof(array1[0])); // 获取链表中第二个节点 auto pos = ++L.begin(); cout << *pos << endl; // 在pos前插入值为4的元素 L.insert(pos, 4); PrintList(L); // 在pos前插入5个值为5的元素 L.insert(pos, 5, 5); PrintList(L); // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素 vector<int> v{ 7, 8, 9 }; L.insert(pos, v.begin(), v.end()); PrintList(L); // 删除pos位置上的元素 L.erase(pos); PrintList(L); // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素 L.erase(L.begin(), L.end()); PrintList(L); } //========================================================================================= // resize/swap/clear void TestList4() { // 用数组来构造list int array1[] = { 1, 2, 3 }; list<int> l1(array1, array1+sizeof(array1)/sizeof(array1[0])); PrintList(l1); // 交换l1和l2中的元素 l1.swap(l2); PrintList(l1); PrintList(l2); // 将l2中的元素清空 l2.clear(); cout<<l2.size()<<endl; }
2.6 list 的迭代器失效
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。
例如：
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
1、模拟实现list的迭代器类以及结点类
结点类：
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) {} };
迭代器类：
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; } //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) { 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; } };
2、list的模拟实现代码
#pragma once #include<assert.h> #include<iostream> namespace my_list { 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) {} }; 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; } //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) { 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; const_iterator begin()const { return const_iterator(_head->_next); //return _head->_next; } const_iterator end()const { return const_iterator(_head); } iterator begin() { return iterator(_head->_next); //return _head->_next; } iterator end() { return iterator(_head); } void swap(list<T>& lt) { std::swap(_head, lt._head); } void empty_init() { _head = new Node(); _head->_next = _head; _head->_prev = _head; } list() { empty_init(); } template<class InputIterator> list(InputIterator first, InputIterator last) { empty_init(); while (first != last) { push_back(*first); ++first; } } list(const list<T>& lt) { empty_init(); list<T> tmp(lt.begin(), lt.end()); swap(tmp); } list<T>& operator=(list<T> lt) { swap(lt); return *this; } ~list() { clear(); delete _head; _head = nullptr; } void clear() { iterator it = begin(); while (it != end()) { it = erase(it); } } void push_back(const T& x) { //Node* tail = _head->_prev; //Node* newnode = new Node(x); //tail->_next = newnode; //newnode->_next = tail; //newnode->_next = _head; //_head->_prev = newnode; insert(end(), x); } void push_front(const T& x) { insert(begin(), x); } void pop_back() { erase(--end()); } void pop_front() { erase(begin()); } //pos前插入x iterator insert(iterator pos, const T& x) { Node* newnode = new Node(x); Node* cur = pos._node; Node* prev = cur->_prev; prev->_next = newnode; newnode->_prev = prev; newnode->_next = cur; cur->_prev = newnode; return iterator(newnode); } iterator erase(iterator pos) { assert(pos != end()); Node* cur = pos._node; Node* next = cur->_next; Node* prev = cur->_prev; prev->_next = next; next->_prev = prev; delete cur; return iterator(next); } private: Node* _head; }; }
三、list与vector的比较
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：
