C++标准模板库STL--list
●个人主页:你帅你先说.
●欢迎点赞关注收藏
●既选择了远方，便只顾风雨兼程。
●欢迎大家有问题随时私信我！
●版权：本文由[你帅你先说.]原创，CSDN首发，侵权必究。
为您导航
- 1.list的介绍及使用
- 2.list模拟实现
1.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的基本使用在这里不过多介绍，相信有了前面string和vector的经验，大家都能轻松上手，在这里只简单介绍几个常用的。
void test_list1()
{
list<int> lt;
//尾插
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
//迭代器
list<int>::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
while (rit != lt.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
//范围for
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_list2()
{
//排序
lt.sort();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//链表反转
lt.reverse();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//去除重复数据
lt.unique();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
2.list模拟实现
构造函数
namespace ljt
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(data)
{}
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = head;
_head->_prev = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}
push_back()函数
void push_back(const T& x)
{
Node* tail = head->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_prev = tail;
newnode->_next = _head;
_head->prev = newnode;
}
接下来我们要实现迭代器，在这里就会有一个问题，我们之前实现string、vector直接让指针指向下一块地址就行，但是list的结点都是开辟出来的，地址不一定是连续的，所以我们需要重载一下运算符，才能实现迭代器的效果。
template<class T>
struct __list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
Node* _node;
__list_iterator(Node* x):_node(x)
{}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
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;
}
bool operator!=(const iterator& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const iterator& it) const
{
return _node != it._node;
}
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T> iterator;
//注意我们用的是带哨兵位的头结点
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
list()
{
_head = new Node;
_head->_next = head;
_head->_prev = _head;
}
private:
Node* _head;
};
这样，迭代器的实现就完成了。
现在list的模拟实现基本框架已经完成了，现在我们来完善一下，还需要实现一个const版本的函数。有的人可能会想直接把之前的函数拷贝一份加上const，这样想确实没问题，但代码会冗余，体现不出C++范型编程的特点。所以接下来有一个关键的操作能解决这种问题。
namespace ljt
{
//结点
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(data)
{}
};
//迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* x)
:_node(x)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
};
//链表类
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
list()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
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);
}
}
这种方法体现了C++范型编程的特性。
接下来我们在增加几个常用接口。
insert()函数
// 这里insert以后，pos是否失效？不失效,因为指针还是指向原来的结点。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
erase()函数
// 这里erase以后，pos是否失效？一定失效,因为结点被释放了。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
delete pos._node;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return iterator(next);
}
一道面试题:
比较vector和list的优缺点。
vector优点:
连续的物理空间，支持随机访问。
vector缺点:
1.空间不够要增容，增容代价比较大。
2.可能存在一定空间浪费。按需申请，会导致频繁增容，所以一般都会2倍左右扩容。
3.头部或者中部插入删除需要挪动数据，效率低下。
list则正好解决了vector的问题
1.按需申请释放空间
2.list任意位置支持O(1)插入删除。
接下来我们实现向前迭代器
template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
拷贝构造函数
list(const list<T>& lt)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
list<T> tmp(lt.begin(), lt.end());
std::swap(_head, tmp._head);
}
在实现析构函数前我们先实现一个clear()函数
void clear()
{
while (it != end())
{
erase(it++);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
运算符重载=
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
return *this;
}
头插/删 尾插/删
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
一次初始化多个值
list(size_t n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
其实这个函数写完，你测试一下，你会发现你的程序已经出问题了。
比如测试
list<int> it(5,1);
什么原因呢？实际上是下面这两个函数起冲突了。
template<class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
list(size_t n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
因为输入的是两个int，所以系统会匹配上面那个函数，而上面那个函数有一步操作是解引用，int显然不能解引用，那要怎么解决呢？其实很简单，再实现一份int版本的list构造函数就行。
list(int n, const T& val = T())
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
因为系统肯定优先是去匹配非模板的函数，因为不用推导类型，所以会先匹配上面这个函数。
按照之前的套路，本应该到这边模拟实现就完成了，但在list这边还会多一个反向迭代器。
namespace ljt
{
template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
class reverse_iterator
{
typedef reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
public:
reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator prev = _it;
return *--prev;
}
Ptr operator->()
{
return &operator*();
}
self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
bool operator!= (const self & rit) const
{
return _it != rit._it;
}
private:
Iterator _it;
};
}
这里面大部分的代码大家都能看懂，反向迭代器其实就是和正向迭代器反过来实现，但可能这里边的*的运算符重载大家看不懂，我们用一张图解释。
反向迭代器的++是跟正向迭代器的- -一个方向的，这样设计的好处是，刚开始rbegin()返回的是头结点的地址，但头结点的数据不是我们要的，所以在rbegin的位置时对下一个位置进行解引用，也就是得到5，当你迭代到1时刚好跟rend相等，也就不会再去解引用头结点对应的地址，这样设计也有考虑对称的因素在里面。
喜欢这篇文章的可以给个一键三连 点赞关注收藏