系统性学习C++-第九讲-list类
- [1. list 的介绍及使用](#1. list 的介绍及使用)
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- [1.1 list 的介绍](#1.1 list 的介绍)
- [1.2 list 的使用](#1.2 list 的使用)
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- [1.2.1 list 的构造](#1.2.1 list 的构造)
- [1.2.2 list iterator 的使用](#1.2.2 list iterator 的使用)
- [1.2.3 list capacity](#1.2.3 list capacity)
- [1.2.4 list element access](#1.2.4 list element access)
- [1.2.5 list modifiers](#1.2.5 list modifiers)
- [1.2.6 list 的迭代器失效](#1.2.6 list 的迭代器失效)
- [2. list 的模拟实现](#2. list 的模拟实现)
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- [2.1 模拟实现 list](#2.1 模拟实现 list)
- [2.2 list 的反向迭代器](#2.2 list 的反向迭代器)
- [3. list 与 vector 的对比](#3. list 与 vector 的对比)
1. list 的介绍及使用
1.1 list 的介绍
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_bcak | 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。
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()
{
int 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()
{
int 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 | 动态顺序表，一段连续空间 | 带头结点的双向循环链表 |
| 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) |
| 插入与删除 | 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 |