C++list类(个人笔记)

索隆432024-04-23 19:21

list类

1.熟悉list接口以及使用

list的C++官方文档

1.1list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（都是左闭右开）

代码演示:

cpp 复制代码 
//list的构造
void TestList1()
{
	list<int> l1;//构造空的l1
	list<int> l2(4, 100);//l2中放4个值为100的元素
	list<int> l3(l2.begin(), l2.end());//用l2的[begin(),end())左闭右开区间构造l3
	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 };
	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 };

	//用迭代器方式打印l5中的元素
	list<int>::iterator it = l5.begin();
	while (it != l5.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//C++11范围for的方式遍历
	for (auto& e : l5)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

1.2list iterator的使用

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 返回最后一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回第一个元素位置的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

代码演示：

cpp 复制代码 
//list迭代器的使用
//注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(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;
}

void TestList2()
{
	int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
	//使用正向迭代器正向list中的元素
	//list<int>::iterator it=l.begin();//c++98语法
	auto it = l.begin();//c++11之后推荐的写法
	while (it != l.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;


	//使用反向迭代器逆向打印list中的元素
	//list<int>::reverse_iterator rit=l.rbegin()
	auto rit = l.rbegin();
	while (rit != l.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
}

1.3list 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

1.4list 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

1.5list 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

代码演示：

cpp 复制代码 
//list 插入和删除
//push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
	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 TestList4()
{
	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 TestList5()
{
	//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
	list<int> l2;
	l1.swap(l2);
	PrintList(l1);
	PrintList(l2);


	//将l2中的元素清空
	l2.clear();
	cout << l2.size() << endl;
}

1.6list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。

cpp 复制代码 
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

cpp 复制代码 
template<class T>
struct list_node
{
	list_node(const T& x = T())
		:_date(x)
		,_next(nullptr)
		,_prev(nullptr)
	{}
public:
	T _date;
	list_node<T>* _next;
	list_node<T>* _prev;
};

//T T& T*
//T const T& const 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)
	{}

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

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

	self operator++(int)
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_next;;
		return tmp;
	}

	self operator--(int)
	{
		self tmp(*this);
		_node = _node->_prev;
		return tmp;
	}

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

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

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

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

public:
};

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);
	}

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

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

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

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

	list()
	{
		empty_init();
	}

	void swap(list<T>& lt)
	{
		std::swap(_head, lt._head);
		std::swap(_size, lt._size);
	}
	//lt2(lt1)
	list(const list<T>& lt)
	{
		empty_init();
		for (auto e : lt)
		{
			push_back(e);
		}
	}

	//lt2=lt1
	list<T>& operator=(list<T> lt)
	{
		swap(lt);
		return *this;
	}

	~list()
	{
		clear();

		delete _head;
		_head = nullptr;
		_size = 0;
	}

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

	void push_back(const T& x)
	{
		insert(end(), x);
	}

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

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

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

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

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

		++_size;
		return iterator(newnode);
	}

	iterator erase(iterator pos)
	{
		Node* cur = pos._node;
		Node* next = cur->_next;
		Node* prev = cur->_prev;

		delete cur;
		next->_prev = prev;
		prev->_next = next;
		--_size;
		return iterator(next);
	}

	size_t size()
	{
		return _size;
	}

private:
	Node* _head;
	size_t _size;
};
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