【C++】——list

文章目录

list介绍和使用
- list注意事项
list模拟实现
list和vector的不同

list介绍和使用

在C++中，list是一个带头双向链表

list注意事项

迭代器失效
删除元素：当使用迭代器删除一个元素时，指向该元素的迭代器会失效，但是不会影响其他迭代器。

内部实现：与vector相比，list不支持随机访问，就是说不能通过下标访问元素，但是可以使用迭代器，在删除和插入时非常方便

元素唯一性：list中的元素是不重复的，如果尝试插入已经存在的元素，该元素将被覆盖。

容量：list没有容量概念，根据动态分配内存

内存效率：他的插入和删除操作时间复杂度都为O(1)

list模拟实现

指针可以解引用，迭代器的类中必须重载operator*()

指针可以通过->访问其所指空间成员，迭代器类中必须重载oprator->()

指针可以++向后移动，迭代器类中必须重载operator++()与operator++(int)
至于operator--()/operator--(int)释放需要重载，
根据具体的结构来抉择，双向链表可以向前移动，所以需要重载，如果是forward_list就不需要重载--

迭代器需要进行是否相等的比较，因此还需要重载operator==()与operator!=()

cpp 复制代码

#pragma once
#include <assert.h>
namespace rq
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;

		list_node(const T& x = T())
			:_data(x)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{}
	};
	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;
		}
		T* operator&()
		{
			return _node->_data;
		}
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		bool operator!=(const Self& x)
		{
			return _node != x._node;
		}
		bool operator==(const Self& x)
		{
			return _node == x._node;
		}
	};
		
	template<class T>
	struct list_const_iterator
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_const_iterator<T> Self;
		Node* _node;

		list_const_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}
		
		const T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		const T* operator&()
		{
			return _node->_data;
		}
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		bool operator!=(const Self& x)
		{
			return _node != x._node;
		}
		bool operator==(const Self& x)
		{
			return _node == x._node;
		}
	};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;

	public:
		typedef list_iterator<T> iterator;
		typedef list_const_iterator<T> const_iterator;


		void clear()
		{
			auto it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);//erase以后会返回下一个位置
			}
		}
		void emtpy_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}
		list()
		{
			emtpy_init();
		}
		//拷贝构造
		list(const list<T>& lt)
		{
			emtpy_init();
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		

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

		/*	return iterator(_head->_next); 匿名对象*/
			return _head->_next;//接收指针，但是返回会隐式转换成iterator类型
		}
		iterator end()
		{
			return _head;
		}
		const_iterator begin() const 
		{
			/*iterator it(_head->_next);
			return it;*/

			/*	return iterator(_head->_next); 匿名对象*/
			return _head->_next;//接收指针，但是返回会隐式转换成iterator类型
		}
		const_iterator end() const 
		{
			return _head;
		}
		
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		void swap(list<int>& it)
		{
			std::swap(_head, it._head); 
			std::swap(_size, it._size);
		}
		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			/*Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev;

			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());
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());//不能把头节点删了
			Node* prev = pos._node->_prev;
			Node* next = pos._node->_next;

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

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

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

			return newnode;
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
	template<class Container>
	void print_container(const Container& v)
	{
		list<int>::const_iterator it = v.begin();
		while (it != v.end())
		{
			//*it += 10;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	void test_list01()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);
		lt.push_back(5);
		
		print_container(lt);
		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}
}

test.cpp

cpp 复制代码

#define   _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include<string>
#include <algorithm>
#include <list>
using namespace std;
void test_list1()
{
	string s("sgfaiug");
	cout << s << endl;
	sort(s.begin(), s.end());
	cout << s << endl;
}
void test_list2()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(5);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	auto it = lt.begin();
	int k = 3;
	while (k--)
	{
		++it;
	}
	lt.insert(it, 30);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	int x = 0;
	cin >> x;
	it = find(lt.begin(), lt.end(), x);
	if (it != lt.end())//迭代器从前往后找，左闭右开，等于end就是没找到
	{
		lt.erase(it);
	}
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
#include "list.h"
int main()
{
	//test_list2();
	rq::test_list01();
	return 0;
}

list和vector的不同

插入和删除：
vector：是一个动态数组，它在内存中连续存储元素。这意味着vector可以支持快速的随机访问（通过下标），但插入和删除操作（尤其是在容器中间或开始位置）可能需要移动大量元素，因此可能相对较慢。
list：是一个双向链表，每个元素都包含数据和指向列表中前一个和后一个元素的指针（或链接）。因此，list在插入和删除元素时（尤其是在容器中间或开始位置）非常高效，因为它只需要更改指针，而不需要移动其他元素。但是，list不支持快速的随机访问。

内存使用：vector使用的是一个连续的空间，空间利用率高，而list使用的是非连续的空间，空间利用率低

使用场景：
如果你需要频繁地随机访问元素，且插入和删除操作较少，那么 vector 及其迭代器可能更适合。
如果你需要频繁地在容器的中间进行插入和删除操作，那么 list 及其迭代器可能更合适。

性能：vector 的迭代器由于其随机访问特性，在需要快速访问容器中任意元素时非常高效。然而，在涉及大量插入或删除操作（尤其是在容器中间）时，可能会因为元素移动或内存重新分配而导致性能下降。
list 的迭代器在遍历容器时通常较慢，因为它们不支持随机访问。但是，list 的插入和删除操作（特别是在容器的中间）通常比 vector 更快，因为它们不需要移动大量元素。