C++STL库中的list
文章目录
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list的介绍及使用
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list的常用接口
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list的模拟实现
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list与vector的对比
一、list的介绍及使用
- 1. 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。
- 2. list的底层是双向带头循环链表结构，双向带头循环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。
- 3. 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。
- 4. 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。
- 5. 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)
二、list的常用接口
1.list的构造函数
default (1) list();explicit list (const allocator_type& alloc);构造一个没有元素的空容器。
fill (2) 构造一个包含n个元素的容器。每个元素都是val。
range (3) templatelist (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type& alloc = allocator_type()); 构造一个包含与范围[first，last]一样多的元素的容器，每个元素都以相同的顺序从该范围中的相应元素构造而成。
copy (4) 以相同的顺序构造一个包含x中每个元素的副本的容器。
move (5) 右值引用构造
initializer list (6) list (initializer_listil, const allocator_type& alloc = allocator_type()); 构造一个通过初始化列表的方式
#include
#include
int main()
{
std::list l1; // 构造空的l1
std::list l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
std::list l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
std::list l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
std::list l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
std::list l6{ 1,2,3,4,5 };
// 用迭代器方式打印l5中的元素
std::list::iterator it = l5.begin();
while (it != l5.end())
{
std::cout << *it << " ";
++it;
}
std::cout << std::endl;
// C++11范围for的方式遍历
for (auto& e : l5)
std::cout << e << " ";
std::cout << std::endl;
return 0;
}
2.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 （即头结点）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
#include
#include
int main()
{
std::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
for (auto it = lt.begin(); it != lt.end(); it++)
std::cout << *it << " ";
std::cout << std::endl;
for (auto x : lt)
std::cout << x << " ";
std::cout << std::endl;
return 0;
}
3.list相关容量操作
函数声明 接口说明empty 检测list是否为空，是返回true，否则返回falsesize 返回list中有效节点的个数
#include
#include
int main()
{
std::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
std::cout << lt.size() << std::endl;
std::cout << lt.empty() << std::endl;
return 0;
}
4.list相关访问操作
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
#include
#include
int main()
{
std::list lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
std::cout << lt.front() << std::endl;
std::cout << lt.back() << std::endl;
return 0;
}
5.list相关修改操作
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
#include
#include
#include
// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const std::list& l)
{
// 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
for (std::list::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
// *it = 10; 编译不通过
}
std::cout << std::endl;
}
// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
std::list 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);
PrintList(L);
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
PrintList(L);
}
// insert /erase
void TestList4()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
std::list L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
std::cout << *pos << std::endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
PrintList(L);
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
PrintList(L);
// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
std::vector v{ 7, 8, 9 };
L.insert(pos, v.begin(), v.end());
PrintList(L);
// 删除pos位置上的元素
L.erase(pos);
PrintList(L);
// 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());
PrintList(L);
}
// resize/swap/clear
void TestList5()
{
// 用数组来构造list
int array1[] = { 1, 2, 3 };
std::list l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
PrintList(l1);
// 交换l1和l2中的元素
std::list l2;
l1.swap(l2);
PrintList(l1);
PrintList(l2);
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
std::cout << l2.size() << std::endl;
}
int main()
{
TestList3();
TestList4();
TestList5();
return 0;
}
6.list容器相关独特操作
splice 将元素从一个链表转移到另一个链表（公共成员函数）
remove 删除具有特定值的元素（公共成员函数）remove_if 删除满足条件的元素（公共成员函数模板）
unique 删除重复值（公共成员函数）
mergemerge 合并已排序的列表（公共成员功能）
sort 对容器中的元素排序（公共成员函数）reverse 颠倒元素的顺序（公共成员函数）
三、list的模拟实现
1.list的节点结构
template
struct list_node
{
T _data;//数据域
list_node* _prev;//前驱指针
list_node* _next;//后继指针
list_node(const T& val=T())
:_data(val)
,_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
{}
}; 2.list的常用接口模拟
template
class list
{
typedef list_node Node;
public:
typedef __list_iterator iterator;
typedef __list_iterator const_iterator;
const_iterator begin()const;
const_iterator end()const;
iterator begin();
iterator end();
list();
template
list(InputIterator first,InputIterator last);
list(const list& lt);
list& operator=(list lt);
~list();
size_t size();
bool empty();
void push_back(const T& val);
void push_front(const T& val);
iterator insert(iterator pos, const T& x);
iterator erase(iterator pos);
void pop_back();
void pop_front();
void clear();
private:
Node* _head;
}; 3.list的迭代器
1.迭代器相关结构组成
// 像指针一样的对象
template
struct __list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef __list_iterator iterator;
typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category;
typedef T value_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef ptrdiff_t difference_type;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
bool operator!=(const iterator& it) const;
bool operator==(const iterator& it) const;
Ref operator*();
Ptr operator->();
iterator& operator++();
iterator operator++(int);
iterator& operator--();
iterator operator--(int);
};
2.迭代器结构实现
template
struct __list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef __list_iterator iterator;
typedef std::bidirectional_iterator_tag iterator_category;
typedef T value_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef ptrdiff_t difference_type;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{};
bool operator!=(const iterator& it)const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const iterator& it)const
{
return _node == it._node;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
iterator& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
iterator operator++(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
iterator& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
iterator operator--(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
}; 4.list的成员函数
1.list的构造函数
// 默认构造函数
list()
{
// 构造头节点，自己指向自己
_head = new Node;
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
// 用迭代器区间初始化[first,last)
template
list(InputIterator first, InputIterator last)
:_head(new Node)
{
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
} 2.list的拷贝构造函数
//拷贝构造函数（深拷贝）
// lt2(lt1)
list(const list& lt)
:_head(new Node)
{
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
for (const auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
// 拷贝构造函数（深拷贝）
list(const list& lt)
:_head(new Node)
{
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
list tmp(lt.begin(), lt.end());
std::swap(_head, tmp._head);
} 3.list的赋值运算符重载函数
//深拷贝
list& operator=(const list& lt)
{
if (this != <)
{
clear();
for (const auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}
list& operator=(list lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
return *this;
} 4.list的析构函数
~list()
{
//方法一
Node* cur = _head->_next;
while (cur != _head)
{
Node* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
}
delete _head;
_head = nullptr;
//方法二：复用 clear 函数的代码
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}5.list其他相关结构函数
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* newnode = new Node(x);
// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
return iterator(next);
}
5.list的迭代器失效
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。
#include
#include
void testlistiterator1()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
std::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
it = l.erase(it);
it++;
}
}
int main()
{
testlistiterator1();
return 0;
}
四、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：
