list其实就是一个带头双向链表
1 迭代器
|------------------------|
| 按功能分 |
| iterator |
| reverse_iterator |
| const_iterator |
| const_reverse_iterator |
|------|----------------------------|-----------------|
| 按性质分 | 支持结构 | 支持操作 |
| 单向 | forward_list/unordered_map | ++ |
| 双向 | list/map/set | ++/-- |
| 随机 | vector/string/deque | ++ / -- / + / - |
按性质分，决定可以使用那些算法。支持单向的算法，也支持双向和随机，反之不然。
2 list的使用
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 frist,InputIterator last) | 用[frist,last)区间中的元素构造list |
cpp
void test_list1()
{
list<int> l1;
list<int> l2(4, 10);
list<int> l3(l2);
list<int> l4(++l2.begin(), --l2.end());
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l4)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
int main()
{
test_list1();
}
2.2 list的迭代器
|-----------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| begin | 返回第一个元素的迭代器（头节点的下一个） |
| end | 返回最后一个元素下一个的位置（头结点） |
| rbegin | 返回第一个元素的reverse_iterator，及end的位置 |
| rend | 返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator，及begin的位置 |
cpp
void PrintList(const list<int>& l)
{
list<int>::const_iterator it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
it++;//迭代器支持++
}
cout << endl;
}
void test_list2()
{
int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
list<int> lt(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));
PrintList(lt);
auto it = lt.rbegin();
while (it != lt.rend())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}
2.3 list的增删查改
|---------------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------------|
| 函数说明 | 接口说明 |
| empty | 检测list是否为空，是返回ture，否则返回false |
| size | 返回list中有效节点的个数 |
| 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 |
| push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
| pop_front | 删除list中的第一个元素 |
| emplace_front | 和push_front类似 |
| push_back | 在尾部插入值为val的元素 |
| pop_back | 删除list中最后一个元素 |
| emplace_back | 和push_back类似（有些情况比push_back高效） |
| 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（可以返回迭代器） |
| swap | 交换两个list中的元素 |
| resize | 调整list的大小，包含n个元素 |
| clear | 清空list中的有效元素 |
cpp
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
PrintList(lt);
lt.push_front(5);
PrintList(lt);
lt.pop_back();
lt.pop_front();
PrintList(lt);
list<int> lt2;
lt2.push_back(1);
lt2.push_back(2);
lt2.push_back(3);
lt2.push_back(4);
lt2.push_back(5);
lt2.insert(lt2.begin(), 10);
PrintList(lt2);
lt2.erase(--lt2.end());
PrintList(lt2);
}
cpp
struct A
{
A(int a1 = 1,int a2 = 1)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{
cout << "A(int a1 = 1,int a2 = 1)" << endl;
}
A(const A& aa)
{
_a1 = aa._a1;
_a2 = aa._a2;
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
int _a1;
int _a2;
};
void test_list4()
{
list<A> lt;
A aa(1, 1);
lt.push_back(aa);
lt.push_back(A(2, 2));//创建一个临时对象
//lt.push_back(3, 3);
lt.emplace_back(aa);
lt.emplace_back(A(2, 2));
lt.emplace_back(3, 3);//使用 3 和 3 作为参数调用 A 的构造函数,避免了拷贝构造
}
2.4 list Operations
|--------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------|
| 函数说明 | 接口说明 |
| splice | 能够把一个std::list中的元素（可以是单个元素、一段连续元素或者全部元素）移动到另一个std::list的指定位置。 |
| remove | 删除给定值的元素 |
| unique | 删除重复值(前提是有序) |
| merge | 合并有序列表 |
| sort | 对容器中的元素进行排序 |
| reverse | 反转元素的顺序 |
cpp
void test_list5()
{
std::list<int> mylist1, mylist2;
std::list<int>::iterator it;
for (int i = 1; i <= 4; ++i)
mylist1.push_back(i); // mylist1: 1 2 3 4
for (int i = 1; i <= 3; ++i)
mylist2.push_back(i * 10); // mylist2: 10 20 30
it = mylist1.begin();
++it; // points to 2
mylist1.splice(it, mylist2); // mylist1: 1 10 20 30 2 3 4
// mylist2 (empty) mylist2为空
// "it" still points to 2 (the 5th element)
PrintList(mylist1);
list<int> lt;
for (int i = 1; i <= 6; ++i)
lt.push_back(i);
//把x之后的值翻转
int x;
cin >> x;
it = find(lt.begin(), lt.end(), x);
if (it != lt.end())
{
auto next_it = next(it);//当x是第一个元素时，移动范围从第二个元素开始，防止整个链表被移动，确保哨兵节点指针正确。
lt.splice(lt.begin(), lt, next_it, lt.end());
}
PrintList(lt);
//删除x
lt.remove(x);
PrintList(lt);
}
cpp
void test_list6()
{
list<int> first, second;
first.push_back(2);
first.push_back(4);
first.push_back(6);
second.push_back(1);
second.push_back(3);
second.push_back(5);
first.sort();
second.sort();
first.merge(second);
PrintList(first);
list<int> lt;
lt.push_back(5);
lt.push_back(10);
lt.push_back(5);
lt.push_back(4);
lt.push_back(3);
lt.push_back(5);
lt.push_back(12);
lt.sort();
lt.unique();
PrintList(lt);
}
3 list的模拟实现
3.1 list的节点
cpp
template<class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
list_node(const T& data = T())//构造函数
:_data(data)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};3.2 list的迭代器
iterator：
cpp
template<class T>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
list_iterator operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
list_iterator operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
list_iterator operator++(int)//后置++：必须添加一个 无实际用途的 int 类型占位参数
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
list_iterator operator--(int)//后置--
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const list_iterator& lt) const
{
return _node != lt._node;
}
bool operator==(const list_iterator& lt) const
{
return _node == lt._node;
}
};const_iterator：
cpp
template<class T>
struct list_const_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
list_iterator operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
list_iterator operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
list_iterator operator++(int)//后置++：必须添加一个 无实际用途的 int 类型占位参数
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
list_iterator operator--(int)//后置--
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const list_iterator& lt) const
{
return _node != lt._node;
}
bool operator==(const list_iterator& lt) const
{
return _node == lt._node;
}
};这两个迭代器只有重载operator*和operator->时有差异所以可以写成一下写法
cpp
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)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self operator++()//前置++
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self operator--()//前置--
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)//后置++：必须添加一个 无实际用途的 int 类型占位参数
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self operator--(int)//后置--
{
list_iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const list_iterator& lt) const
{
return _node != lt._node;
}
bool operator==(const list_iterator& lt) const
{
return _node == lt._node;
}
};const iterator 是迭代器本身不能改变
const_iterator 是指向的内容不能改变
cpp
struct AA
{
int _a1 = 1;
int _a2 = 1;
};
template<class Container>
void PrintContainer(const Container& con)
{
typename Container::const_iterator it = con.begin();
//auto it = con.begin();
for (auto& e : con)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
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;
list<AA> la;
la.push_back(AA());
la.push_back(AA());
la.push_back(AA());
la.push_back(AA());
list<AA>::iterator ait = la.begin();
while (ait != la.end())
{
cout << ait->_a1 << ":" << ait->_a2 << endl;
//特殊处理，本来是两个->才合理，为了可读性省略了一个
//cout << ait.operator->()->_a1 << ait.operator->()->_a2 << endl;
++ait;
}
cout << endl;
}3.2 list
cpp
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()
{
/*iterator it(_head->_next);
return it;*/
//return iterator(_head->_next);//
return _head->_next;//单参数构造函数支持隐式类型转换
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
list()
{
empty_init();
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list(initializer_list<T> lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//l1(l2)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
list<T>& operator=(list<T>& lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
_size = 0;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)//在pos位置之前插入
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
_size++;
return newnode;
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* next = pos._node->_next;
Node* prev = pos._node->_prev;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
_size--;
return next;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
size_t size() const
{
return _size;
}
bool empty() const
{
return _size == 0;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
cpp
void test_list2()
{
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(it, 10);
*it += 100;
PrintContainer(lt);
it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = lt.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
PrintContainer(lt);
}
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
list<int> lt2(lt);
PrintContainer(lt);
PrintContainer(lt2);
list<int> lt3;
lt.push_back(10);
lt.push_back(20);
lt.push_back(30);
lt.push_back(40);
lt = lt3;
PrintContainer(lt);
PrintContainer(lt3);
}
void func(const list<int>& lt)
{
PrintContainer(lt);
}
void test_list4()
{
//直接构造
list<int> lt0({ 1,2,3,4,5,6 });
//隐式类型转换
list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
const list<int>& lt3 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
func(lt0);
func({ 1,2,3,4,5,6 });
PrintContainer(lt3);
}4 list和vector的比较
|-------|-------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------|
| | vector | list |
| 底层结构 | 动态顺序表，一段连续的空间 | 带头节点的双向链表 |
| 随机访问 | 支持随机访问，访问某个元素的效率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 | 对愿生态节点进行封装 |
| 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，导致原来的迭代器失效，删除时，当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 | 大量插入删除操作，不关心随机访问 |