【STL】list常见用法及模拟实现(附完整源码）

一个努力学习编程的人2023-10-06 17:08

目录

      • 前言
      • [1. list介绍及使用](#1. list介绍及使用)
        • [1.1 list介绍](#1.1 list介绍)
        • [1.2 list使用](#1.2 list使用)
      • [2. list模拟实现](#2. list模拟实现)
        • [2.1 迭代器功能分类](#2.1 迭代器功能分类)
        • [2.2 list迭代器模拟实现](#2.2 list迭代器模拟实现)
          • [2.2.1 普通迭代器](#2.2.1 普通迭代器)
          • [2.2.2 const迭代器](#2.2.2 const迭代器)
      • [3. list和vector区别](#3. list和vector区别)
      • [4. 源码](#4. 源码)

前言

这篇文章我们继续STL中容器的学习，这篇文章要讲解的是list。

1. list介绍及使用

1.1 list介绍

list文档

list的底层实现就是数据结构学过的带头双向循环链表：

1.2 list使用

我们来看一下几个常用的接口：

首先看一下构造函数：

这里几个都是我们熟悉的，默认构造、n个val构造、迭代器区间构造以及拷贝构造。

我们再来看一下迭代器：

我相信之前的文章对迭代器的介绍已经很详细了这里我们就不过多赘述了。
我们再来看一下修改操作：

这里list与string和vector区别在于：

list没有重载[]，也就是说我们要遍历和访问list，就只能用迭代器。迭代器才是通用的方式，所有的容器都可以用迭代器，而[]只是针对特定容器的特殊方式。

遍历

cpp 复制代码 
int main()
{
    list<int> l;
    l.push_back(1);
    l.push_back(2);
    l.push_back(3);
    l.push_back(3);
    l.push_back(5);
    for (auto it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;

    for (auto e : l)
        cout << e << " ";
    cout << endl;

    for (auto rit = l.rbegin(); rit != l.rend(); ++rit)
        cout << *rit << " ";
    cout << endl;
    return 0;
}


我们再来看几个之前没怎么用过的接口：

这里的splice ，它可以把链表的一部分转移到另一个链表：

remove就是删除指定的元素：

merge可以合并两个有序链表：

2. list模拟实现

2.1 迭代器功能分类

1、单向迭代器：只能++，不能- -。例如单链表，哈希表；

2、双向迭代器：既能++也能--。例如双向链表；

3、随机访问迭代器：能++ - -，也能+和-。例如vector和string。

迭代器是内嵌类型（内部类或定义在类里）

2.2 list迭代器模拟实现
2.2.1 普通迭代器

在模拟实现string、vector时是使用的原生指针，没有将迭代器用类进行封装，但是STL标准库也是用类封装了迭代器。而在模拟实现list迭代器时，不能用原生指针了，因为list的节点地址是不连续的。

cpp 复制代码 
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)
		{}

		Ref operator*()
		{
			return _node->_val;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_val;
		}

		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) const
		{
			return _node != it._node;
		}

		bool operator==(const self& it) const
		{
			return _node == it._node;
		}
	};
2.2.2 const迭代器

我们先来看一下错误写法：
在这里插入代码片typedef __list_iterator<T> iterator; const list<T>::iterator it=lt.begin();
在STL库中是通过类模板多给一个参数来实现，这样，同一份类模板就可以生成两种不同的类型的迭代器

cpp 复制代码 
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;


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

		iterator end()
		{
			return _head;
			//return iterator(_head);
		}

		const_iterator begin() const
		{
			//return _head->_next;
			return const_iterator(_head->_next);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
			//return const_iterator(_head);
		}

3. list和vector区别

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 底层结点动态开辟，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 带头结点的双向循环链表
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

4. 源码

list.h

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
namespace w
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;
		T _val;

		list_node(const T& val = T())
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _val(val)
		{}
	};

	// typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
	// typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
	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)
		{}

		Ref operator*()
		{
			return _node->_val;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_val;
		}

		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) const
		{
			return _node != it._node;
		}

		bool operator==(const self& it) const
		{
			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;


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

		iterator end()
		{
			return _head;
			//return iterator(_head);
		}

		const_iterator begin() const
		{
			//return _head->_next;
			return const_iterator(_head->_next);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
			//return const_iterator(_head);
		}

		void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;

			_size = 0;
		}

		list()
		{
			empty_init();
		}

		// lt2(lt1)
		list(const list<T>& lt)
		//list(const list& lt)
		{
			empty_init();

			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		void swap(list<T>& lt)
		{
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);
		}

		list<T>& operator=(list<T> lt)
		//list& operator=(list lt)
		{
			swap(lt);

			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();

			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}

			_size = 0;
		}

		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());
		}

		// pos位置之前插入
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);

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

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

			++_size;

			return newnode;
		}

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

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

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete cur;

			--_size;

			return next;
		}

		size_t size()
		{
			return _size;
		}

	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};

	void Print(const list<int>& lt)
	{
		list<int>::const_iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
		
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}

	
}
相关推荐
是小胡嘛1 分钟前
数据结构之旅：红黑树如何驱动 Set 和 Map
数据结构·算法
FF在路上11 分钟前
Knife4j调试实体类传参扁平化模式修改：default-flat-param-object: true
java·开发语言
众拾达人1 小时前
Android自动化测试实战 Java篇 主流工具 框架 脚本
android·java·开发语言
皓木.1 小时前
Mybatis-Plus
java·开发语言
不良人天码星1 小时前
lombok插件不生效
java·开发语言·intellij-idea
源码哥_博纳软云1 小时前
JAVA同城服务场馆门店预约系统支持H5小程序APP源码
java·开发语言·微信小程序·小程序·微信公众平台
学会沉淀。1 小时前
Docker学习
java·开发语言·学习
ragnwang2 小时前
C++ Eigen常见的高级用法 [学习笔记]
c++·笔记·学习
西猫雷婶2 小时前
python学opencv|读取图像（二十一）使用cv2.circle()绘制圆形进阶
开发语言·python·opencv
kiiila2 小时前
【Qt】对象树（生命周期管理）和字符集(cout打印乱码问题)
开发语言·qt
热门推荐
01【一文读懂】NTN（非地面网络）技术介绍02优化手机性能，解决卡顿问题：关闭这3个微信开关，释放内存空间03玄机平台应急响应—webshell查杀04Cube-Studio：开源大模型全链路一站式中台05基于大语言模型（LLM）的合成数据生成、策展和评估的综述06(欧拉)openEuler系统添加网卡文件配置流程、(欧拉)openEuler系统手动配置ipv6地址流程、(欧拉)openEuler系统网络管理说明0719个Web前端交互式3D JavaScript框架和库08HCIA-datacom数通题库和录播视频资料09Docker 夺命连环 15 问10Ubuntu 20.04使用Livox mid 360 测试 FAST_LIO