【手撕STL】list
目录
- list的介绍及使用
-
- list的迭代器失效
- 迭代器
- list的模拟实现
- list与vector的对比
list的介绍及使用
- 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的接口使用
注：
- 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容器中的swap与算法中的swap效果一样但是效率不一样（算法中的swap是通过深拷贝的方式完成的，而list中的swap是通过交换头指针完成的），vector、string等其他容器也类似
- 两个容器要交换减量使用自己的swap，不要去使用库函数中的swap
void test_list1()
{
list<int> lt1;
list<int> lt2(10, 5);
list<int> lt3(lt2.begin(), lt2.end());
vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6 };
list<int> lt4(v.begin(), v.end());
list<int>::iterator it = lt4.begin();
while (it != lt4.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
for (const auto& e : lt4)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt3.assign(5, 3); // 3 3 3 3 3
for (const auto& e : lt3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_front(50);
lt.pop_back();
lt.pop_front();
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_list3()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(4);
lt.sort();
lt.unique(); //去重
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.remove(5); //删除
lt.remove(3);
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.clear();
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.push_back(10);
lt.push_back(20);
lt.push_back(30);
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
list<int> lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt.swap(lt1);
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//lt.sort(greater()); //降序
lt.sort(); //升序
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
list的迭代器失效
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
using namespace std;
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);
}
}
void test_list2()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
list<int>::iterator it = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
if (it != lt.end())
{
lt.insert(it, 10);
}
cout << *it << endl;
for (const auto& e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
注：
- vector insert->it会失效，因为底层空间是物理连续数组，可能扩容，导致野指针问题。不扩容挪动数据也会导致it意义发生改变
- list insert->it不会失效，因为list是一个个独立节点，3前面插入数据是新增节点，it还是指向原来3这个节点，不会造成野指针，意义也没变
总结：
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。
迭代器
迭代器分类：
- 使用功能角度：（正向、反向）+const
- 容器底层结构的角度：单向、双向、随机
- 单向链表迭代器、哈希表迭代器：单向 ++
- 双向链表迭代器、map迭代器：双向 ++、–
- string、vector、deque迭代器、map迭代器：随机 ++、–、+、-
注：
- 迭代器不暴露底层实现细节情况下，提供统一的方式访问修改容器中存储的数据
- 迭代器是容器和算法之间的胶合剂
- 在不破坏容器封装的情况下，屏蔽底层结构差异，提供统一方式去访问容器
迭代器的实现方式：
- 原生指针（天然迭代器），因为原生指针指向的空间物理上是连续的
- 原生指针（用一个类去封装原生指针，重载相关运算符让这个类的对象，用起来像指针一样），因为原生指针指向的物理结构不连续
list的模拟实现
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include& lt)
//{
// _head = new Node;
// _head->_next = _head;
// _head->_prev = _head;
// list tmp(lt.begin(), lt.end());
// ::swap(_head, tmp._head);
//}
传统写法
//list& operator=(const list& lt)
//{
// if (this != <)
// {
// clear();
// for (const auto& e : lt)
// {
// push_back(e);
// }
// }
// return *this;
//}
//现代写法
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
::swap(_head, lt._head);
return *this;
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator begin()const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(_head);
}
/*void push_back(const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;
}*/
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
// return newnode; 单参数隐式类型转换
// iterator ret(newnode);
//return ret ;
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
//模板中的成员函数是按需实例化，调用了哪个成员函数，实例化哪一个
//函数模板
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node; //迭代器设置为公有
Node* next = cur->_next;
Node* prev = cur->_prev;
delete cur;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
void pop_back()
{
erase(end()--);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
size_t size()
{
size_t n = 0;
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it++;
n++;
}
return n;
}
bool empty()
{
return begin() == end();
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it); //erase自动将头节点指向本身
}
}
private:
Node* _head;
};
}
list与vector的对比
