C++中的list介绍(常用函数)

我要升天！2024-10-27 3:09

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list的介绍及使用

list的介绍

list的文档及介绍

list的使用

list中的接口比较多，此处与vector和list的接口类似，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。

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
c 复制代码 
list<int> lt1;// 构造空的l1
list<int> lt2(5,10);// l2中放5个值为10的元素
list<int> lt3(lt2.begin(), lt2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> lt4(lt2); // 用l2拷贝构造l4

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
c 复制代码 
int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };
list<int> lt1(arr, arr + 5);//以数组为迭代器区间构造lt1
list<int>::iterator it = lt1.begin();//正向迭代器
while (it != lt1.end())
{
	cout << *it << " ";
	++it;
}
cout << endl;

list<int>::reverse_iterator rit = lt1.rbegin();//反向迭代器
while (rit != lt1.rend())
{
	cout << *rit << " ";
	++rit;
}
cout << endl;

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

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

注意：这里的用法与vector类似，这里便不再过多的赘述了。

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

注意：这里的用法与vector类似，这里便不再过多的赘述了。
注意：list不再支持下标+[ ]了

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
cpp 复制代码 
mylist.push_back(1);//在链表尾部插入一个1
mylist.push_front(0);//在链表头部插入一个0
cpp 复制代码 
mylist.pop_back();//在链表的尾部删除数据
mylist.pop_front();//在链表的头部删除数据
  • 在pos位置插入一个val
  • 在pos位置插入n个val
  • 在pos位置插入一段迭代器区间
cpp 复制代码 
list<int> mylist(5,10);
list<int>::iterator it = mylist.begin();
mylist.insert(it,20);
mylist.insert(it,5,30);
list<int> lt(5, 100);
mylist.insert(it,lt.begin(),lt.end());

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 复制代码 
int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
list<int> lt(arr, arr + 5);
auto it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
	lt.erase(it);
	it++;// 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
}

改正

cpp 复制代码 
int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
list<int> lt(arr, arr + 5);
auto it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
	lt.erase(it++); // it = lt.erase(it);
}

list的模拟实现

cpp 复制代码 
#include<assert.h>
namespace zx
{
//定义节点
	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)
		{}
	};
//定义迭代器
//因为list的底层不是连续的物理空间，无法使用原生指针作为迭代器，需要用类去封装一下，来模拟指针的行为
	template<class T,class Ptr,class Ref>
	//定义3个模板参数
	struct list_iterator//这里也可以是class,因为后续会多次使用类里面的变量，因此struct会更好一些
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_iterator<T,Ptr,Ref> Self;
		Node* _node;
		list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		Ptr 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& node)const
		{
			return _node!= node._node;
		}

		bool operator==(const Self& node)const
		{
			return _node == node._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;
		}
		iterator end()
		{
			return _head;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _head->_next;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _head;
		}
		void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}
		list()
		{
			empty_init();
		}
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		list(initializer_list<T>& v)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		void swap(list<T>& lt)
		{
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);
		}
		list<T>& operator=( list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}
		void clear()
		{
			auto it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			insert(end(), x);
		}
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* prev = pos._node->_prev;
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = pos._node;
			pos._node->_prev = newnode;
			++_size;
			return newnode;
		}
		iterator erase(iterator pos)
		//这里需要有返回值来接受，不正确的使用erase，会使迭代器失效，出现野指针
		{
			assert(pos != end());
			//prev pos next
			Node* prev = pos._node->_prev;
			Node* next = pos._node->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete pos._node;
			--_size;
			return next;
		}
		void pop_back()
		{
			erase(--end());//复用之前的函数
		}
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
		size_t size()const
		{
			return _size;
		}
		bool empty()const
		{
			return _size == 0;
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;//用于记录数据个数，后续需要的时候，就不用遍历链表了
	};
}

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:

  • 底层结构:动态顺序表，一段连续空间
  • 随机访问:支持随机访问，访问某个元素效率O(1)
  • 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
  • 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
  • 迭代器:原生态指针
  • 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
  • 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

list：

  • 底层结构:带头结点的双向循环链表
  • 随机访问 :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高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1)
  • 空间利用率: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:对原生态指针(节点指针)进行封装
  • 迭代器失效: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:大量插入和删除操作，不关心随机访问
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