【C++干货铺】list的使用 | 模拟实现

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目录

list的介绍及使用

list的介绍

list的使用

list的构造

list迭代器的使用

list的增删查改

list的模拟实现

结点的封装

迭代器的封装

list成员变量

构造函数

拷贝构造函数

operator=

析构函数和清理空间

insert

erase

push_back、push_front、pop_back、pop_front

begin+end、cbegin+cend

list和vector的对比

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list的介绍及使用

list的介绍

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。

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)

list的使用

list的构造

函数名称	函数作用
list(size_t type n,const value_type	构造的list中包含n个值为val的元素
list()	构造空list
list(const list&x)	拷贝构造函数
list(first,last)	迭代器区间中的元素构造list

	list lt1(10, 1);
	list lt2;
	list lt3(lt1);
	list lt4(lt3.begin(), lt3.end());
	list::iterator lt = lt4.begin();
	while (lt != lt4.end())
	{
		cout << *lt << " ";
		lt++;
	}
	cout << endl;
	for (auto e : lt4)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

list迭代器的使用

函数名称	函数作用
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

list的增删查改

函数名称	函数作用
push_back	在list尾部插入值为val的元素
push_front	在list首元素前插入值为val的元素
pop_back	删除list中最后一个元素
pop_front	删除list中第一个元素
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

	list lt(5,9);
	//头插
	lt.push_front(1);
	//尾插
	lt.push_back(2);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//尾删
	lt.pop_back();
	//头删
	lt.pop_front();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	lt.insert(lt.begin(), 30);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	lt.erase(lt.begin());
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}

 

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list的模拟实现

list通过一个一个结构体的结点实现，节点中包括指向下一个位置、指向前一个位置的指针和有效数值组成。

结点的封装

使用struct而不是class是因为默认为公开的

	template
	//封装结点
	struct list_node
	{
		list_node(const T& x=T())
			:_data(x)
			,_next(nullptr)
			,_prev(nullptr)
		{
		}
		T _data;
		list_node* _next;
		list_node* _prev;
	};

迭代器的封装

list和顺序表最大的不同是list物理上不连续，需要使用指针进行移动直线下一个或者指向其他的操作，而不像顺序表物理上是连续的，++、--都可以拿到有效数据；因此需要对迭代器单独封装。

//迭代器封装
	template
	struct __list_iterator
	{
		typedef list_node Node;
		typedef __list_iterator self;
		Node* _node;

		__list_iterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;

			return tmp;
		}

		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;

			return tmp;
		}

		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
			return _node == s._node;
		}
	};

list成员变量

指向结构体节点的指针和有效数据的个数

		Node* _node;
		size_t _size;

构造函数

		typedef list_node Node;
	public:
		typedef __list_iterator iterator;
		typedef __list_iterator const_iterator;
		void empty_init()
		{
			_node = new Node;
			_node->_next = _node;
			_node->_prev = _node;
			_size = 0;
		}
		list()
		{
			empty_init();
		}

拷贝构造函数

	list(list& x)
		{
			empty_init();
			for (auto e : x)
			{
				push_back(e);
			}
		}

operator=

		void swap(list& lt)
		{
			std::swap(_node, lt._node);
			std::swap(_size, lt._size);
		}
		list& operator=(list lt)
		{
			swap(lt);

			return *this;
		}

析构函数和清理空间

		~list()
		{
			clear();

			delete _node;
			_node = nullptr;
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}

insert

		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* prev = cur->_prev;

			prev->_next = newnode;
			newnode->_next = cur;

			cur->_prev = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			_size++;

		}

erase

iterator erase(iterator pos)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			return next;
		}

push_back、push_front、pop_back、pop_front

		void push_back(const T& x)
		{
			insert(end(), x);
		}
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

begin+end、cbegin+cend

		const_iterator begin() const
		{
			return const_iterator(_node->_next);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(_node);
		}
		iterator end()
		{
			return _node;
		}
		iterator begin()
		{
			return _node->_next;
		}

list和vector的对比

	vector	list
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

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今天对list的介绍和底层模拟实现的分享到这就结束了，希望大家读完后有很大的收获，也可以在评论区点评文章中的内容和分享自己的看法。您三连的支持就是我前进的动力，感谢大家的支持！！ !