C++list

Posted 2021-12-12 蓝乐

list

• 一.概念
• 二.list常见接口
• • 1.构造与析构
  • 2.迭代器iterator
  • 3.list大小
  • 4.list头尾访问
  • 5.list增删查改
  • list的迭代器失效问题
• 三.list的模拟实现
• • list迭代器详解
  • list模拟实现代码
• 四.list与vector对比

一.概念

1. list: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. 底层是双向链表结构。
3. list可以在任意位置进行插入、移除元素，执行效率比array，vector，deque的序列式容器更高。
4. list不支持任意位置的随机访问，这是因为list的底层空间不连续。
5. C++11中引入了forward_list，即单链表，但实际情况下这种结构并不常用。

二.list常见接口

1.构造与析构

函数	接口说明
list()	构造空的list
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 (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()	清理链表所开的空间资源等

void Test1()    
{    
  list<int> lt1;//构造空的链表lt1    
  list<int> lt2(3,6);//构造带3个值为6的结点    
  list<int> lt3(lt2);//用lt2拷贝构造lt3    
  int arr[] = {1,2,3,4,5};    
  list<int> lt4(arr, arr + 5);//用数组迭代器构造lt4    
}    

2.迭代器iterator

函数	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

void Test2()
{
  list<int> lt1;
  lt1.push_back(1);
  lt1.push_back(2);
  lt1.push_back(3);
  lt1.push_back(4);
  list<int>::iterator it = lt1.begin();
  //正向迭代器，可修改
  while(it != lt1.end())
  {
    *it += 1;
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;
  //const修饰的反向迭代器，不可修改
  list<int>::const_reverse_iterator rit = lt1.rbegin();
  while(rit != lt1.rend())
  {
    cout << *rit << " ";
    rit++;
  }
  cout << endl;
}

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

3.list大小

函数	接口说明
size()	返回list中有效节点的个数
empty()	检测list是否为空，是返回true，否则返回false

void Test3()
{
  list<int> lt;
  if(lt.empty())
    cout << "链表为空" << endl;
  else 
    cout << "链表非空" << endl;
  cout << "size:" << lt.size() << endl;
  lt.push_back(1);
  lt.push_back(2);
  lt.push_back(3);
  lt.push_back(4);
  cout << "size:" << lt.size() << endl;
}

4.list头尾访问

函数	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

void Test4()
{
  list<int> lt;
  lt.push_back(5);
  lt.push_back(6);
  lt.push_back(7);
  lt.push_back(8);
  lt.push_back(9);
  cout << lt.front() << endl;//表头
  cout << lt.back() << endl;//表尾
}

5.list增删查改

函数	接口说明
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
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
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

void Test5()
{
  list<int> lt;
  lt.push_back(1);//尾插
  lt.push_front(0);//头插
  list<int>::iterator pos = find(lt.begin(),lt.end(),1);
  pos = lt.insert(pos, -1);//在pos位置前插入值为-1的结点
  list<int>::iterator it = lt.begin();
  while(it != lt.end())
  {
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;
  lt.pop_front();//头删
  lt.pop_back();//尾删
  pos = lt.erase(pos);//删除pos位置的结点
  cout << lt.empty() << endl;
  list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6 };
  lt.swap(lt1);//交换lt和lt1
  lt.clear();//清空lt
}

list的迭代器失效问题

与vector类似，list的迭代器使用时也可能出现失效的问题。但与vector不同的是，list在底层的空间并不连续，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 Test6()
{
    int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
    list<int> lt(arr, arr + 5);
    list<int>::iterator pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
    // 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
    //lt.erase(pos);
    pos = lt.erase(pos);//返回删除结点的下一个结点位置
}

三.list的模拟实现

list迭代器详解

由于list的迭代器不能仅仅用原生指针实现，而需要用一个封装指针的类作为迭代器。其大体框架如下：

//用类封装指针的类作为迭代器
//<T, T&, T*>    <const T, const T&, const T*>
template <class T, class Ref, class Ptr>
	struct __list_iterator
	{
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
		typedef __list_node<T> Node;
		//成员变量
		Node* _node;
	};

1. 构造函数：

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

2. 重载解引用

//*it = 10        it.operator*()
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

3. 重载前置++

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

4. 重载后置++

		//it++     
		self operator++(int)
		{
			Node* tmp = _node;
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}

5. 重载前置–

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

6. 重载后置–

		//it--
		self operator--(int)
		{
			Node* tmp = _node;
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}

7. 重载!=

		//it != begin() 
		bool operator!=(const self& it) const
		{
			return _node != it._node;
		}

8. 重载==

		//it == end()
		bool operator==(const self& it) const
		{
			return _node == it._node;
		}

list模拟实现代码

list模拟实现详细代码

四.list与vector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