了解list
list
- 1. list的介绍及使用
-
- 1.1 list的介绍
- 1.2 list的使用
-
- 1.2.1 list的构造
- 1.2.2 list iterator的使用
- 1.2.3 list capacity
- 1.2.4 list element access
- 1.2.5 list modifiers
-
- 1. resize
- 2. push_back/pop_back/push_front/pop_front
- 3. insert /erase
- 4. swap/clear
- 1.2.6 list operations
-
- 1. splice
- 2.remove_if
- 3.sort/reverse
- 1.2.7 list的迭代器失效
- 2. list的深度剖析及模拟实现
-
- 2.1 list_node
- 2.2 __list_iterator
- 2.3 list
- 2.3 __list_const_iterator
1. list的介绍及使用
1.1 list的介绍
C++中的list是一个双向链表，它是一个STL容器，可以用来存储任何类型的数据。list容器中的元素可以在任何位置插入或删除，而不会影响其他元素。list容器中的元素按照它们在容器中出现的顺序进行排序。可以使用STL算法对list容器进行排序、查找和操作。可以使用迭代器访问list容器中的元素。
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
default (1) explicit list ()); //构造空的list
fill (2) explicit list (size_type n, const value_type& val = value_type(), const allocator_type& alloc = allocator_type()); //构造的list中包含n个值为val的元素
range (3) template < class InputIterator >
list (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type & alloc = allocator_type()); //用[first, last)区间中的元素构造list
copy (4) list (const list& x); //拷贝构造函数
1.2.2 list iterator的使用
【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
list迭代器是一个双向迭代器，list的迭代器支持前置和后置自增运算符，以及前置和后置自减运算符。list的迭代器还支持解引用运算符，可以返回指向当前元素的引用。此外，list的迭代器还支持比较运算符，可以比较两个迭代器是否相等。
#include
int main()
{
list<int> l1; // 构造空的l1
list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
list<int> l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 5,6,7,8,9 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
// 用迭代器方式打印l5中的元素
list<int>::iterator it = l5.begin();
while (it != l5.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
#include
int main()
{
list<int> lt = { 1,2,3,4,5 };
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << ' ';
(*it) *= 2;
++it;
}
cout << endl;
//反向迭代器
list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
while (rit != lt.rend())
{
cout << *rit << ' ';
++rit;
}
cout << endl;
return 0;
}
1.2.3 list capacity
list没有容量概念，但是有可以容纳的最大元素数。
#include
int main()
{
list<int> l1;
list<int> l2 = { 1,2,3,4,5 };
cout << "l1.empty:" << l1.empty() << endl;
cout << "l1.size:" << l1.size() << endl;
cout << "l1.max_size:" << l1.max_size() << endl;
cout << "l2.empty:" << l2.empty() << endl;
cout << "l2.size:" << l2.size() << endl;
cout << "l2.max_size:" << l2.max_size() << endl;
return 0;
}
1.2.4 list element access
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
int main()
{
list<int> mylist = { 77,12,23,22 };
// now front equals 77, and back 22
mylist.front() -= mylist.back();
cout << "mylist.front() is now " << mylist.front() << '\n';
return 0;
}
1.2.5 list modifiers
1. resize
int main()
{
list<int> mylist;
// set some initial content:
for (int i = 1; i < 10; ++i)
mylist.push_back(i);
mylist.resize(5);
mylist.resize(8, 100);
mylist.resize(12);
cout << "mylist contains:";
for (list<int>::iterator it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
cout << ' ' << *it;
cout << endl;
return 0;
}
2. push_back/pop_back/push_front/pop_front
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 在list的尾部插入4，头部插入0
L.push_back(4);
L.push_front(0);
list<int>::iterator it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
}
3. insert /erase
int main()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
list<int>::iterator it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 删除pos位置上的元素
L.erase(pos);
it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
L.erase(L.begin(), L.end());
it = L.begin();
while (it != L.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
4. swap/clear
int main()
{
// 用数组来构造list
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
list<int>::iterator it = l1.begin();
cout << "l1:";
while (it != l1.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 交换l1和l2中的元素
list<int> l2;
l1.swap(l2);
it = l1.begin();
cout << "l1:";
while (it != l1.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
cout << "l2:";
it = l2.begin();
while (it != l2.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
cout << "l2.size:" << l2.size() << endl;
}
1.2.6 list operations
1. splice
splice()函数用于将元素从一个列表传输到另一个列表。它有三个重载版本：
- list1.splice(position, list2)：将list2中的所有元素剪贴到list1的position位置；
- list1.splice(position, list2, iter)：将list2中某个位置的迭代器iter指向的元素剪贴到list1中的position位置；
- list1.splice(position, list2, first, last)：将list2中[first,last)区间内的元素剪贴到list1中的position位置。
int main()
{
//list1.splice(position, list2, first, last)：将list2中[first, last)区间内的元素剪贴到list1中的position位置
list<int> l1 = { 1,2,3,4,5 };
list<int> l2 = { 6,7,8,9,10 };
list<int>::iterator position = l1.begin(); ++position; //2
list<int>::iterator first = l2.begin(); ++first; //7
list<int>::iterator last = l2.end(); --last; //10
l1.splice(position, l2, first, last);
list<int>::iterator it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
2.remove_if
remove_if()用于从范围[first，last）中删除满足特定条件的所有元素，并返回新范围的超尾迭代器。已删除的元素不会从容器中物理删除，它们的内存仍然分配。该函数仅在删除后返回容器的新结尾迭代器。
int main()
{
list<int> v{ 1, 2, 3, 4, 5 };
v.erase(remove_if(v.begin(), v.end(), [](int i) {return i % 2 == 0; }), v.end());
for (auto i : v)
{
cout << i << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
在此示例中，我们有一个包含1到5的整数list。我们使用remove_if()从向量中删除所有偶数。lambda函数[](int i){return i % 2 == 0;}检查整数是否为偶数。该函数返回一个迭代器，指向删除后向量的新结尾。然后我们使用erase()将所有元素从返回的迭代器到向量末尾删除。
3.sort/reverse
int main()
{
list<int> l = { 3,5,2,1,4 };
l.sort(); //默认升序
list<int>::iterator it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
l.sort(greater<int>());//降序
it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
l.reverse();//翻转链表
it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
}
1.2.7 list的迭代器失效
在C++中，当使用std::list容器的迭代器时，可能会遇到迭代器失效的问题。迭代器失效是指，当修改容器时，指向容器元素的迭代器可能会失效。以下是一些导致迭代器失效的常见情况：
当使用erase()方法删除元素时，指向被删除元素的迭代器将失效。
当使用insert()方法插入元素时，指向插入位置之后的所有元素的迭代器将失效。
当容器扩容时，所有指向容器元素的迭代器都将失效。
void TestIterator1()
{
list<int> l = { 1,2,3,4,5,6 };
list<int>::iterator it = l.begin();
while (it != l.end())
{
l.erase(it);
++it;
}
}
void TestIterator2()
{
list<int> l = { 1,2,3,4,5,6 };
list<int>::iterator it = l.begin();
while (it != l.end())
{
it = l.erase(it);
++it;
}
}
TestIterator1():
TestIterator2():
2. list的深度剖析及模拟实现
模拟实现list时要先构造一个命名空间，防止调用的时候调用库函数中的内容。
2.1 list_node
模拟实现list，首先需要定义list_node，c++中任何一种结构，都是从空开始，然后用数学方式慢慢搭建而成，所以数学还是很重要的。
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)
{}
};
2.2 __list_iterator
接下来实现迭代器，list会调用是个迭代器
//迭代器的封装
// 1、迭代器要么就是原生指针
// 2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装，模拟指针的行为
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T> self; //self这个就是迭代器
node* _node;
__list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
//下面就是完成对self(迭代器)的一些操作,如:it++,it--等
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int) //前置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int) //前置--
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
这个迭代器的实现较简单，但是这只是迭代器中的一部分，后面还有补充
2.3 list
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;
public:
typedef __list_iterator<T> iterator;
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator begin() const
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
iterator end() const
{
return iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
list(int n, const T& x = T())
{
empty_init();//先初始化_head，否则_head为空
while (n)
{
node* new_node = new node(x);
node* tail = _head->_prev;
_head->_prev = new_node;
tail->_next = new_node;
new_node->_prev = tail;
new_node->_next = _head;
--n;
}
}
void swap(list<T>& tmp)
{
//在nampspace k这个命名空间中,需要使用的是c库中的swap(就近原则)
std::swap(_head, tmp._head);
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
template<class iterator>
list(iterator first, iterator last)
{
empty_init(); //先初始化_head，否则_head为空
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
// lt1 = lt2
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
//it = erase(it);
erase(it++);
}
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* new_node = new node(x);
prev->_next = new_node;
new_node->_prev = prev;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
return iterator(new_node);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* prev = pos._node->_prev;
node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);
}
void push_back(const T& x = T())
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x = T())
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
private:
node* _head;
};
list的构造中，需要注意的就是先初始化_head，否则_head为空，对head的一些操作（如：_head->_prev = new_node）就会导致空指针的使用；list(const list& lt)这个构造的思路挺好，剩下的就是一些基本操作。
2.3 __list_const_iterator
__list_const_iterator与__list_iterator的区别就是是否可以修改链表中的内容，所以对T& operator*() 时,返回const T& operator* 即可。
template<class T>
struct __list_const_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_const_iterator<T> self;
node* _node;
__list_const_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
.......省略
};
所以当调用iterator时，调用的是T&；当调用const_iterator时，调用的是const T&
然后再加一个const T*，完整代码如下：
namespace k
{
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)
{}
};
//迭代器的封装
// 1、迭代器要么就是原生指针
// 2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装，模拟指针的行为
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; //self这个就是迭代器
node* _node;
__list_iterator(node* n)
:_node(n)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
//下面就是完成对self(迭代器)的一些操作,如:it++,it--等
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int) //前置++
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int) //前置--
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._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 iterator(_head->_next);
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
list(int n, const T& x = T())
{
empty_init();//先初始化_head，否则_head为空
while (n)
{
node* new_node = new node(x);
node* tail = _head->_prev;
_head->_prev = new_node;
tail->_next = new_node;
new_node->_prev = tail;
new_node->_next = _head;
--n;
}
}
void swap(list<T>& tmp)
{
//在nampspace k这个命名空间中,需要使用的是c库中的swap(就近原则)
std::swap(_head, tmp._head);
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
template<class iterator>
list(iterator first, iterator last)
{
empty_init(); //先初始化_head，否则_head为空
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
// lt1 = lt2
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
//it = erase(it);
erase(it++);
}
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
node* cur = pos._node;
node* prev = cur->_prev;
node* new_node = new node(x);
prev->_next = new_node;
new_node->_prev = prev;
new_node->_next = cur;
cur->_prev = new_node;
return iterator(new_node);
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
node* prev = pos._node->_prev;
node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);
}
void push_back(const T& x = T())
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x = T())
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
private:
node* _head;
};
void test1()
{
list<int> lt(5, 5);
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//(*it)++;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}