1. list的介绍及使用
1.1 list的介绍
list 是一个双向循环链表。
1.2 list的使用
list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口
1.2.1 list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 |
1.2.2 list iterator的使用
此处，大家可暂时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】
-
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
1.2.3 list 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 |
1.2.4 list 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 |
1.2.5 list 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 |
list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明
cpp
int main()
{
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();
//lt.insert(lt,30):
int k = 3;
while (k--)
{
it++;
}
lt.insert(it, 30);
for (auto e : lt) cout << e << " ";
cout << endl;
//it=find(lt.begin(),lt.end(),x);
//lt.erase(it):
int x;
cin >> x;
it = find(lt.begin(), lt.end(),x);
if(it != lt.end())
{
lt.erase(it);
}
for (auto e : lt) cout << e << " "; cout << endl;
//升序lt.sort()
//sort(lt.begin(), lt.end()); list不支持算法的排序，因为sort()是需要随机访问的快排，但是list是双向循环链表，不支持随机访问
lt.sort();
for (auto e : lt) cout << e << " "; cout << endl;
//降序lt.sort(greater<int>())：
lt.sort(greater<int>());
for (auto e : lt) cout << e << " "; cout << endl;
//有序的去重lt.unique()：
lt.sort();
lt.unique();
for (auto e : lt) cout << e << " "; cout << endl;
//转移
// lt.splice(iterator position, list& x)
// lt.splice(iterator position, list& x, iterator i)
// lt.splice( iterator position, list& x, iterator first, iterator last ):
int a;
cin >> a;
it = find(lt.begin(), lt.end(), a);
if (it != lt.end())
{
lt.splice(lt.begin(), lt, it); //直接选择节点插入链表头部
}
for (auto e : lt) cout << e << " "; cout << endl;
return 0;
}1.2.6 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
cpp
void TestListIterator1()
{ i
nt 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()
{ i
nt 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
2.1 模拟实现list
要模拟实现list，必须要熟悉list的底层结构以及其接口的含义，通过上面的学习，这些内容已基本掌握，现在我们来模拟实现list。
2.2 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。
cpp
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;
};3. 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，其主要不同如下
|-----------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|
| | |--------| | vector | | |------| | list | |
| |---------| | 底 层 结 构 | | |---------------------| | 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 | |
| |---------| | 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) | |
list迭代器真的很重要，不同于vector 和 string 要自己多琢磨单独实现一下：
cpp
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
namespace bit
{
template<class T>
class list_node
{
public:
T _data;
list_node* _next;
list_node* _prev;
list_node(const T& data = T())
:_data(data)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
//迭代器实现
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++(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& 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()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
list()
{
_head = new Node(T());
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
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;
}
void push_back(const T& x)
{
//Node* newnode = new Node(x);
//Node* tail = _head->_prev;
_head tail newnode
//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 pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
//prev pos next
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
}
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())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}