1.list 的介绍及使用
1.1 list 的介绍
数据结构的双向链表是参考 list 来写的。
与vector最大的不同是：list 不支持下标+[ ]的访问。
cpp
void test_list1()
{
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
list<int>::iterator it1 = lt1.begin();
while (it1 != lt1.end())
{
cout << *it1 <<" ";
++it1;
}
cout << endl;
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
int main()
{
test_list1();
return 0;
}运行结果：
1.2 list的使用
1.2.1 assign是一种赋值：
cpp
void test_list2()
{
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.assign(10, 1);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.assign(2, 1);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
1.2.2 emplace:
在结构或者是自定义类型中才会与push_back有差异（只是了解）
cpp
void test_list3()
{
list<int> lt1;
//只能插入int
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
//可以插入int
lt1.emplace_back(3);
lt1.emplace_back(4);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
list<A> lt2;
A aa1(2, 2);
lt2.push_back(aa1); //有名对象
lt2.push_back(A(2,2)); //匿名对象
lt2.push_back({2,2}); //隐式类型转换
lt2.emplace_back(aa1);
lt2.emplace_back(A(2, 2));
//lt2.emplace_back({ 2,2 }); //不能用隐式类型转换，没办法推导类型
//更高效------直接构造
lt2.emplace_back(2, 2);
}1.2.3 remove：可以理解为是find和erase的一个结合，有这个值就删掉
cpp
void test_list4()
{
list<int> lt1 = { 10,2,6,32,2,4,5,2,2 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.remove(122);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.remove(5);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//删除所有的2
lt1.remove(2);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
1.2.4 sort：算法库中有sort为什么list中还要单独提供sort？
在这里运行时是不支持的，因为算法库里面的 sort 里面的迭代器是用减的：
但是链表的迭代器支持++、-- 但是不支持 -。这里涉及到迭代器的详细知识：
算法是借助迭代器作用到容器上面的，不同的算法是对迭代器有不同的要求的：
算法库中的算法为什么不支持？
算法库中的算法其实是一个快排，快排必然要用到 '-' 之类的。在list中，算法库不支持sort所以我们自己实现一个sort，链表不能用快排堆排之类的。归并的效率较高，用的就是归并（很复杂）。（了解就好）
默认是升序，如果要调整为降序的话会涉及到仿函数。
cpp
void test_list5()
{
list<int> lt1 = { 10,2,6,32,2,4,5,2,2 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//不支持，因为sort要求要用随机迭代器
//sort(lt1.begin(), lt1.end());
// < 升序
lt1.sort();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//// > 降序
//greater<int> gt;
//lt1.sort(gt);
lt1.sort(greater<int>());
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}list 中的 sort 知道就可以了，能不用就不用，数据量小浅浅的用一用，数据量大的就能不用就不用。
1.2.5 unique：去重算法(O(n))，只能去掉连续重复的值
想要达到去掉重复值，只保留一个值的话先用sort进行排序，让重复的值都排在一起，然后用unique来进行对重复值的删除：
cpp
void test_list6()
{
list<int> lt1 = { 10,3,3,3,3,6,32,2,4,5,2,2 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.sort();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.unique();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
unique的原理是双指针：
1.2.6 splice：进行转移
cpp
void test_list7()
{
list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//将1调整到尾部去：
lt1.splice(lt1.end(), lt1, lt1.begin());
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
2. list和迭代器的简单定义：
cpp
#pragma once
namespace ysy
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _data;
list_node(const T& x=T())
:_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
,_data(x)
{ }
};
template<class T>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
struct list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
list_iterator<T>& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
bool operator!=(const list_iterator<T>& it)
{
return _node != it._node;
}
};
template<class T>
//什么时候用struct？------定义节点的时候
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef list_iterator<T> iterator;
iterator begin()
{
//return iterator(_head->_next); //匿名对象
iterator it(_head->_next); //有名对象
return it;
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void push_back(const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
newnode->_next = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}用一个类型去封装一个结点的指针，因为要重载运算符才能达到我们自己的一些目的
结点的指针可以构造一个迭代器，迭代器实现的内核还是结点的指针。
迭代器功能进行进一步的加强：
cpp
void test_ysylist2()
{
ysy::list<A> lt2;
lt2.push_back({ 1,1 });
lt2.push_back({ 2,2 });
lt2.push_back({ 3,3 });
lt2.push_back({ 4,4 });
ysy::list<A>::iterator it = lt2.begin();
while (it != lt2.end())
{
//cout << *it << " "; //不能cout，因为这里调用operator*,node.data是一个A类型的对象
//A类型的对象不支持流插入，也可以自己再写上A类型的流插入
// 如果不写上对应A类型的流插入的话，就应该像下面那样写：
cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
++it;
}
cout << endl;
}运行结果：
但是这样的话就会面临第二个问题：
cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
(*it) 返回 data 数据，data数据是一个A类型的数据， (*it)._a1这样就可以取到它里面的数据，A*取数据是用箭头：-> ，所以要重载一个箭头这样的运算符：
下一个问题，假设现在有一个const对象。要遍历这个容器要用const迭代器来遍历，const迭代器怎么写？
cpp
template<class T>
struct list_const_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _node;
struct list_const_iterator(Node* node)
:_node(node)
{
}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
list_const_iterator<T>& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
bool operator!=(const list_const_iterator<T>& it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const list_const_iterator<T>& it)
{
return _node == it._node;
}
};
template<class T>
//什么时候用struct？------定义节点的时候
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef list_iterator<T> iterator;
typedef list_const_iterator<T> const_iterator;
iterator begin()
{
//return iterator(_head->_next); //匿名对象
iterator it(_head->_next); //有名对象
return it;
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next); //有名对象
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
void push_back(const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
newnode->_next = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}
cpp
void test_ysylist2()
{
ysy::list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
Print(lt1);
}运行结果：
以上两个类的重复度很高，还有其他的办法吗？------当然有，将它们两个合成一个模板！
cpp
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
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;
struct list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
bool operator!=(const Self& it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
vector在之前的stl_30代码中迭代器使用的就是原生指针，但是现在库里面的迭代器都不是用原生指针实现的：不用原生指针实现迭代器，可以根据自己的需求更精准地去控制它的行为
cpp
#include<vector>
int main()
{
cout << typeid(vector<int>::iterator).name() << endl;
return 0;
}
3.链表的增删查改：
3.1 链表的插入：不存在迭代器失效的问题
cpp
void insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
}3.2 链表的删除：会导致迭代器的失效，pos已经野指针了，所以要更新一下迭代器
cpp
iterator erase(iterator pos)
{
//不能删除头结点
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* nextNode = cur->_next;
Node* prevNode = cur->_prev;
prevNode->_next = nextNode;
nextNode->_prev = prve;
delete cur;
return iterator(nextNode);
}3.3 尾插、头插、头删、尾删的实现：都是依靠基础的删除和插入的操作的实现的。
cpp
void push_back(const T& x)
{
/*Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
newnode->_next = _head;*/
insert(end(),x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
cpp
void test_ysylist3()
{
ysy::list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.push_front(5);
lt1.push_front(6);
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt1.pop_back();
lt1.pop_back();
lt1.pop_front();
lt1.pop_front();
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
3.4 size的实现：
cpp
template<class T>
//什么时候用struct？------定义节点的时候
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
/*typedef list_iterator<T> iterator;
typedef list_const_iterator<T> const_iterator;*/
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
++_size;
}
iterator erase(iterator pos)
{
//不能删除头结点
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* nextNode = cur->_next;
Node* prevNode = cur->_prev;
prevNode->_next = nextNode;
nextNode->_prev = prevNode;
delete cur;
--_size;
return iterator(nextNode);
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}3.5 list的深浅拷贝：
cpp
void test_ysylist4()
{
ysy::list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
ysy::list<int> lt2(lt1);
lt1.clear();
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto& e : lt2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
cpp
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
//深拷贝 lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it); //迭代器失效的问题
}
}运行结果：
3.6 赋值的实现：
cpp
ysy::list<int> lt3;
lt3.push_back(10);
lt3.push_back(20);
lt3.push_back(30);
lt3.push_back(40);
lt1 = lt3;
for (auto& e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;运行结果：
调试结果：
lt1和lt3指向的头结点都是同一个，说明就是浅拷贝。
3.7 深拷贝实现的代码：
cpp
//lt1 = lt3
list<T>& operator=(list<T> lt) //现代写法精华：这里用传值
{
swap(lt);
return *this;
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}3.8 列表初始化的实现：
cpp
ysy::list<int> lt3 = {10,20,30,40};
cpp
list(initializer_list<T> lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}4. list迭代器失效
此处的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结点的无效，即该结点被删除了。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，其他迭代器是不会受到影响。
5. list 和 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，一段连续的空间 | 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，实践复杂度为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 | 底层结点动态来开辟，小结点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存效率低 |
| 迭代器 | 原生态指针 | 对原生态指针(结点指针)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 |