list容器

天上飞的粉红小猪2024-07-23 1:38

目录

1.介绍（cv的，网上太多了）

2.使用

2.1构造函数

2.2迭代器

begin(),end(),rbegin(),rend(),cbegin(),cend(),crbegin(),crend()

遍历方式

[2.3 容量](#2.3 容量)

empty()

size()

max_size()

2.4元素遍历

front()

back()

2.5修改

assign()

push_front()

pop_front()

push_back()

pop_back()

insert()

erase()

swap()

resize()

clear()

2.6操作

reverse()

sort()

merge()

unique()

remove()

remove_if()

splice()

3.模拟

使用这一块我会写的比较简洁，实在是前面vector和string已经写了很多相同的了

1.介绍（cv的，网上太多了）

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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 )

2.使用

2.1构造函数

cpp 复制代码 
//第一种常用
	//第一个参数给数量，第二个参数给初始化的值，比如2个3
	list<int>i(2,3);
	//3 3
	//第二种常用
	//给一个迭代器区间（可以是指针）
	list<int>i1(i.begin(), i.end());
	//3 3
	//第三种常用
	//拷贝构造
	list<int>l3(i1);
	//3 3

当然还有就是无参构造
list()

另外，还有一个就是=的运算符重载

也就是说，可以这样写

cpp 复制代码 
	list<int>i1(3,6);
	list<int>l3 = i1;//注意，这其实还是拷贝构造，赋值是两个都已存在的实体类之间
	list<int>j;
	j = l3;//这才是赋值

2.2迭代器

begin(),end(),rbegin(),rend(),cbegin(),cend(),crbegin(),crend()

我们要知道，list是个双向循环的链表，也就是说，每个节点，都存在着前驱和后驱。

begin()和rend()，指向的就是第一个节点（有效节点）,rbegin()和end()指向的就是头结点（不存有效数据）

begin(),end()如果++，是向后移动，rbegin(),rend()是向前移动

至于加个c，纯粹就是const修饰的迭代器罢了

遍历方式

list没有[]的重载，因为list的每个元素，物理空间不一定连续，那么就不能用指针+-的方式来随机访问，因此这里只能用迭代器遍历的方式

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	list<int>::iterator it = i.begin();
	while (it != i.end())
	{
		cout << (*it) << " ";
		it++;
	}
或者范围for（但范围for本质还是迭代器）

2.3 容量

empty()

很经典的判断容器里面是否还未空，是返回true，否返回false

size()

返回有效数据个数

max_size()

返回最大能存的数据个数（取决于编译环境）

2.4元素遍历

front()

返回容器第一个元素，分两种重载，即非const和const（避免权限放大）

back()

返回容器最后一个元素，同样两种重载，非const和const（原因同理）

2.5修改

assign()

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	//void assign (size_type n, const value_type& val);
	list<int>c;
	c.assign(4, 5);
	//c : 5555
	//注意是替换，不是追加
	//template <class InputIterator>
	//void assign(InputIterator first, InputIterator last);
	c.assign(i.begin(), i.end());
	//c:2,3,4,5,6,6,7,8
	//注意，是替换，不是追加

push_front()

就是在第一个元素前插入一个数据

pop_front()

删除第一个元素

push_back()

在最后插入一个数据

pop_back()

删除最后一个数据

insert()

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	//第一种
	//iterator insert (iterator position, const value_type& val);
	//在迭代器指定位置插入一个数据
	list<int>::iterator it = i.begin();
	while (it != i.end())
	{
		if ((*it) == 4)break;
		it++;
	}
	
	it=i.insert(it, 4);
	cout << (*it);
	cout << endl;
	//这个重载还会返回迭代器，比如插入了一个4，那返回的就是指向这个4的迭代器
	//i: 2,3,4,4,5,6,6,7,8

	//第二种
	//void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);
	//注意，这个重载是插入多个相同值的元素
	i.insert(it, 4,6);
	//i:2 3 4 6 6 6 6 4 5 6 6 7 8
	it = i.begin();
	list<int>c;
	//第三种,迭代器区间
	//template <class InputIterator>
	//void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
	c.insert(c.begin(),i.begin(), i.end());
	//c::2 3 6 6 6 6 4 4 5 6 6 7 8

erase()

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	list<int>::iterator it = i.begin();
	while ((*it) != 4)it++;
	//第一种
	//iterator erase (iterator position);
	//删除迭代器指向数据，返回删除之后，新的原相对位置的数据的迭代器
	it=i.erase(it);
	//i:2 3 5 6 6 7 8

	//第二种，删除迭代器区间的元素
	//iterator erase (iterator first, iterator last);
	while ((*it) != 6)it++;
	i.erase(it, i.end());
	//i:2 3 5

swap()

简单的交换

resize()

扩容

cpp 复制代码 
void resize (size_type n, value_type val = value_type());
给n个空间大小，初始化值val
这里是调用无参构造

clear()

清空容器

2.6操作

reverse()

经典的逆置函数

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	i.reverse();
	//i:8 7 6 6 5 4 3 2

sort()

排序，默认从小到大排，你可以自己写个规则,用法跟algorithm的sort()一样

之所以单独提供，是因为链表的物理空间不连续，而算法库的sort是针对连续物理空间的

而且算法库用的是快排，而链表这里用的是归并

平时用的话，速度还不如直接拷贝到vector，用算法库的sort之后，再拷贝回链表快

merge()

合并两个有序的链表，注意一定要有序，然后根据规则（默认从小到大），跟algorithm的sort()一样.

unique()

去重，注意，相同的必须紧邻，所以你可以先sort()，如果为了适配自定义类型，可以自己写个规则，跟algorithm的sort()一样

remove()

跟erase的最大区别就是，不用给迭代器，只用给值，相当于容器自己找

remove_if()

满足条件才删除

splice()

cpp 复制代码 
	list<int>i = { 2,3,4,5,6,6,7,8 };
	list<int>b = { 6,7,8,9,0,34,12,1 };
	//第一种
	//void splice (iterator position, list& x);
	//直接把x的所有节点都转移过去，x变空
	i.splice(i.begin(), b);
	//i:6 7 8 9 0 34 12 1 2 3 4 5 6 6 7 8

	//void splice (iterator position, list& x, iterator i);
	list<int>c= { 6,7,8,9,0,34,12,1 };
	i.splice(i.begin(), c, c.begin());
	//i:6 6 7 8 9 0 34 12 1 2 3 4 5 6 6 7 8
	//是将第二个参数指向的链表中的最后一个参数的位置的值转移过去
	//c的第一个6会没掉
	
	//void splice (iterator position, list& x, iterator first, iterator last);
	//这个就不示范了，就是把一个区间的节点转移过去

注意，可以自己转移自己，就是在一个链表里面转移

3.模拟

反向迭代器，我在这里先不实现，等后面另一篇文章的时候再补充上去

cpp 复制代码 
#pragma once
#include<assert.h>
namespace manba {
	//注意，这个是节点的类，我们实现的是双向带头链表，所以要有前驱和后驱
	template<class T>
	struct ListNode {
		ListNode<T>* _next;//前驱
		ListNode<T>* _prev;//后驱
		//注意<>在类里面，是可以忽略的，但我们严谨一些
		T _data;//存数据
		ListNode(const T& x=T())//默认构造函数，方便后面调用,因为不确定参数类型，所以默认值
			//直接用T类型的默认构造即可，不管是内置还是自定义都可以符合
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _data(x)
		{}
	};
	
	//这里通过Ref，第二个模板参数，简约的实现了const迭代器和正常迭代器的转换
	//ptr控制的是配合重载->，区分const迭代器和普通迭代器
	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _list_iterator {
		typedef ListNode<T> Node;
		//注意，类名<T>才是一个链表节点类型，这里重命名一下，方便后面少写点
		typedef _list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
		//跟上面一个同理,这里是一个链表迭代器类型
		Node* _node;
		//迭代器本质还是指针，只是因为原始指针针对物理空间不连续的容器，无法实现++
		//而我们无法重载指针，所以我们采用封装的方式，将指针封装起来，将封装起来的迭代器
		//重载前后置++，前后置--，解引用*等运算符，理由前驱后驱指针，实现向前向后走


		_list_iterator(Node* node)//这里是默认构造，方便各种调用
			:_node(node)
		{}


		//前置++
		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		
		//后置++
		//注意，这里我们返回的时候不用&，因为tmp是局部变量，函数结束后会销毁，所以直接返回迭代器类型
		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

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

		//后置--，理由同理
		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

		//解引用,利用ref，实现const迭代器和普通迭代器
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		//不等于
		bool operator !=(const self& s)
		{
			return _node != s._node;
		}
		//等于
		bool operator==(const self& s)
		{
			return _node == s._node;
		}
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}
		/*struct AA {
			int b;
			AA(int a = 1)
				:b(a)
			{

			}
		};*/
		/*manba::List<manba::AA> l1;
		l1.push_back(3);
		l1.push_back(7);
		l1.push_back(9);
		l1.push_back(12);
		manba::List<manba::AA>::iterator it = l1.begin();
		while (it != l1.end())
		{

			cout << it.operator->()->b << endl;
			cout<<it->b<<endl;
			it++;
		}
		cout << endl;*/
	};

	//const迭代器
	//template<class T>
	//struct _list_const_iterator {
	//	typedef ListNode<T> Node;
	//	//注意，类名<T>才是一个链表节点类型，这里重命名一下，方便后面少写点
	//	typedef _list_const_iterator<T> self;
	//	//跟上面一个同理,这里是一个链表迭代器类型
	//	Node* _node;
	//	//迭代器本质还是指针，只是因为原始指针针对物理空间不连续的容器，无法实现++
	//	//而我们无法重载指针，所以我们采用封装的方式，将指针封装起来，将封装起来的迭代器
	//	//重载前后置++，前后置--，解引用*等运算符，理由前驱后驱指针，实现向前向后走


	//	_list_const_iterator(Node* node)//这里是默认构造，方便各种调用
	//		:_node(node)
	//	{}



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

	//	//后置++
	//	//注意，这里我们返回的时候不用&，因为tmp是局部变量，函数结束后会销毁，所以直接返回迭代器类型
	//	self operator++(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);
	//		_node = _node->_next;
	//		return tmp;
	//	}

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

	//	//后置--，理由同理
	//	self operator--(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);
	//		_node = _node->_prev;
	//		return tmp;
	//	}

	//	//解引用
	//	const T& operator*()
	//	{
	//		return _node->_data;
	//	}
	//	//不等于
	//	bool operator !=(const self& s)
	//	{
	//		return _node != s._node;
	//	}
	//	//等于
	//	bool operator==(const self& s)
	//	{
	//		return _node == s._node;
	//	}
	//};
	template<class T>
	class List {
		typedef ListNode<T> Node;
	public:
		
		typedef _list_iterator<T,T&,T*> iterator;
		//typedef _list_const_iterator<T> const_iterator;
		
		//这里迭代器直接传const类型的模板参数
		typedef _list_iterator<T, const T&,const T*> const_iterator;
		//跟上面一样
		//空链表初始化
		void empty_init() {
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}
		//默认构造函数
		List() {
			empty_init();
		}
		//拷贝构造函数
		//List(const List<T> &cp)
		List(List<T>& cp)
		{
			empty_init();
			for (const auto& e : cp)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		//交换函数,交换物理地址
		void swap(List<T>&t)
		{
			std::swap(_head, t._head);
		}
		//赋值
		//第一种
		//List<T>& operator=(const List<T>& t2)
		/*List<T>& operator=( List<T>& t2)
		{
			
			if (this != &t2)
			{
				clear();
				for (const auto& e : t2)
				{
					push_back(e);
				}
			}
			return *this;
		}*/
		//第二种
		//这个方法的妙处在于，因为外面要赋值的链表是直接通过拷贝构造直接给了t2链表
		// ，也就是传值。
		//而拷贝构造我们用的是深拷贝，这样t2的空间和外面的类是不一样的，如此，直接
		//让this链表和t2交换，函数结束之后，t2作为局部变量，t2会自动调用析构函数。
		List<T>& operator=(List<T> t2)
		{
			swap(t2);
			return *this;
		}

		//返回第一个有效节点的迭代器
		iterator begin()
		{
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		}
		//返回第一个有效节点的const迭代器
		const_iterator begin() const
		{
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}
		//尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			insert(iterator(_head), x);
		}
		//头插
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}
		//尾删
		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}
		//头删
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		//在指定位置前面插入
		//vector 迭代器在insert会失效，list不会
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			return iterator(newnode);
		}
		//删除指定位置
		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;
			return next;
		}  
		//注意，vector在insert和erase处都会有迭代器失效的风险，所以要注意返回值。
		//而list在insert处不会，不用担心，但是erase处就要考虑这个问题了，要注意接收返回值。
		//更详细的，可以参考我在vector文章里，vector的模拟中对insert和erase的模拟。
		//另外补充一下，vector处的erase会出现迭代器失效，主要是针对vs的强制检查和如果删除了最后一个
		//元素，会导致迭代器超出了数组有效范围。
		//而对于list的erase，因为链表底层物理不一定是连续的，这样原迭代器封装的指针指向的空间是非法空间，
		//所以要注意返回值。

		//清空链表
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}

		//析构函数
		~List()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
	private:
		Node* _head;
		//头结点，注意，整个list是左闭右开，head是也是end()返回的

	};
	
}
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