list（模拟实现）
目录
list概念
list的使用
list的构造
list iterator的使用
list capacity
list element access
list modifiers
list的迭代器失效
list的模拟实现
list与vector的对比
list概念
- list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。
- list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
- list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
- 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
- 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)
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。
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 |
list iterator的使用
| 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:
- 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 |
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 |
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 |
list的迭代器失效
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。
void TestListIterator1()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list 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 l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
l.erase(it++); // it = l.erase(it);
}
} list的模拟实现
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。
模拟实现list
#pragma once
#include
#include
#include "reverse_iterator.h"
using namespace std;
namespace chx
{
template
struct list_node
{
T _data;
list_node* _next;
list_node* _prev;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
};
template
struct _list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef _list_iterator iterator;
Node* _node;
_list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
bool operator==(iterator& it)const
{
return _node == it._node;
}
bool operator!=(iterator& it)const
{
return _node != it._node;
}
Ref operator*()
{
return _node->date;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
// ++it
iterator& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
// it++
iterator operator++(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
// --it
iterator& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
// it--
iterator operator--(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
};
template
class list
{
typedef list_node Node;
public:
//这一步就是对上面一个迭代器进行重命名
//下面迭代器begin返回的就是构造的一个匿名对象，也就是调用上面迭代器的构造函数
typedef _list_iterator iterator;
typedef _list_iterator const_iterator;
typedef __reverse_iterator reverse_iterator;
typedef __reverse_iterator const_reverse_iterator;
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
list()
{
empty_init();
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
template
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(list& x)
//void swap(list& x)
{
std::swap(_head, x._head);
}
// lt2(lt1)
list(const list& lt)
{
empty_init();
list tmp(lt.begin(), lt.end());
swap(tmp);
}
// lt1 = lt3
list& operator=(list lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void push_back(const T& x)
{
//Node* tail = _head->_prev;
//Node* newnode = new Node(x);
_head tail newnode
//tail->_next = newnode;
//newnode->_prev = tail;
//newnode->_next = _head;
//_head->_prev = newnode;
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* tmp = new Node(x);
prev->_next = tmp;
tmp->_prev = prev;
tmp->_next = cur;
cur->_prev = tmp;
return iterator(tmp);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos->_node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_prev;
next->_prev = prev;
prev->_next = next;
delete cur;
return iterator(next);
}
private:
Node* _head;
};
} 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。
#pragma once
namespace chx
{
template
struct __reverse_iterator
{
Iterator _cur;
typedef __reverse_iterator RIterator;
__reverse_iterator(Iterator it)
:_cur(it)
{}
RIterator operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
RIterator operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
Ref operator*()
{
//return *_cur;
auto tmp = _cur;
--tmp;
return *tmp;
}
Ptr operator->()
{
//return _cur.operator->();
return &(operator*());
}
bool operator!=(const RIterator& it)
{
return _cur != it._cur;
}
};
} 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与list的对比 | ||
| 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 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 |