【C++】List

Ⅰ、list的介绍及使用

1 .list的介绍

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)

2 .list的使用

下面了解一下list的一些常用接口：

list 的构造

list iterator 的使用

大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点

【注意】

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 capacity

list element access

list modifiers

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。

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);}
}

Ⅱ、list的模拟实现

list的底层结构就是一个带头双向循环链表，这个前面我们有讲过，详细可查看这篇文章：【数据结构】带头双向循环链表的实现及链表顺序表的区别-CSDN博客

这里主要讲迭代器的实现。

正向迭代器：

前面我们说，list的迭代器可以理解为指向某个节点的指针。在顺序表中，也确实是这样。
但是由于链表不是连续的，当迭代器 ++/--操作的时候。就不能像在vector中那样直接指针直接 ++/--，我们需要自定义 ++/--操作
这里我们就可以尝试封装一个类出来。将迭代器变为一个对象。类中存储的有指向当前节点的指针。

//这里为了能使const与非const迭代器共用一个类，我们加了两个参数 引用和指针//使用普通迭代器的时候，传<T T& T*>，使用const迭代器的时候，传<T,const &,const *>template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{typedef ListNode<T> node;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> self;
//指向节点的指针ListNode<T>* _node;ListIterator(ListNode<T>* node) :_node(node) {}
//解引用的时候返回引用Ref operator*(){return _node->_data;}
//重载->时返回数据的地址Ptr operator->(){return &_node->_data;}//++x;self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}//x++self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}//--xself& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}//x--self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator==(const self& it){return _node == it._node;}bool operator!=(const self& it){return _node != it._node;}
};

在list类中，实例化两个迭代器就行了

		typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;iterator begin(){return _head->_next;}iterator end(){return _head;}const_iterator cbegin()const{return _head->_next;}const_iterator cend()const{return _head;}

反向迭代器：

方向迭代器与正向迭代器不同。他是站在一个更高的维度去思考问题。STL中的各种容器的迭代器几乎都只能自己使用。但是反向迭代器的出发点是所有容器都可以使用。
反向迭代器也是一个模板类。使用他的时候，传的不是普通类型，而是传入当前容器的正向迭代器。
反向迭代器就复用了正向迭代器的代码。

	//将正向迭代器传过来template<class Iterator,class Ref,class Ptr>struct riterator{typedef riterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
//反向迭代器装的是正向迭代器对象，而不是指针Iterator _it;riterator(Iterator it) :_it(it) {}
//解引用的时候，访问的是当前节点前面节点的数据。这里就需要拷贝构造一个前面对象Ref operator*(){Iterator tmp(_it);return *(--tmp);}Ptr operator->(){//这里不能直接用->，因为我们访问的是前一个节点//return _it.operator->();return &(operator*());//注意要写operator}self& operator++(){--_it;return *this;}self& operator++(int){self tmp(_it);--_it;return tmp;}self& operator--(){++_it;return *this;}self& operator--(int){self tmp(_it);++_it;return tmp;}bool operator!=(const  self& s){return _it != s._it;}bool operator==(const self &s){return _it == s._it;}};

list里面需要实例化反向迭代器：

typedef riterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;reverse_iterator rbegin(){return end();}reverse_iterator rend(){return begin();}

下面的是总体代码：

	template<class T>class List{void Init(){_head = new ListNode<T>();_head->_prev = _head;_head->_next = _head;_size = 0;}public:typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;typedef riterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;//typedef ConstListIterator<T> Const_iterator;/// List的构造List(){Init();}list(initializer_list<T> il){Init();for (auto& e : il){push_back(e);}}List(int n, const T& value = T()){Init();int cnt = n;while (cnt--)push_back(value);}template <class Iterator>List(Iterator first, Iterator last){Init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}List(const List<T>& l)//这里要注意{Init();//for (auto e : l)//这个方法在cbegin的时候用不了//	push_back(e);List<T> tmp(l.cbegin(), l.cend());swap(tmp);}List<T>& operator=(const List<T>& l){Init();swap(l);return *this;}//迭代器相关iterator begin(){return _head->_next;}iterator end(){return _head;}const_iterator cbegin()const{return _head->_next;}const_iterator cend()const{return _head;}reverse_iterator rbegin(){return end();}reverse_iterator rend(){return begin();}//尾插的传统方法//void Push_back(const T& data)//{//	ListNode<T>* newnode = new ListNode<T>(data);//	newnode->_next = _head;//	_head->_prev->_next = newnode;//	newnode->_prev = _head->_prev;//	_head->_prev = newnode;//}// 在pos位置前插入值为val的节点void Insert(iterator _pos, const T& data){ListNode<T>* pos = _pos._node;ListNode<T>* newnode = new ListNode<T>(data);newnode->_prev = pos->_prev;pos->_prev->_next = newnode;newnode->_next = pos;pos->_prev = newnode;_size++;}//删除pos位置iterator Erase(iterator _pos){ListNode<T>* pos = _pos._node;ListNode<T>* prev = pos->_prev;ListNode<T>* next = pos->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;delete pos;return next;}iterator find(const T&data){auto it = begin();while(it!=end()){if (data == *it)return it;it++;}return end();}///// List Capacitysize_t size()const{return _size;}bool empty()const{return _size == 0;}// List AccessT& front(){assert(!empty());return *begin();}const T& front()const{assert(!empty());return *begin();}T& back(){assert(!empty());return *(--end());}const T& back()const{assert(!empty());return *(--end());}// List Modifyvoid push_back(const T& val) { Insert(end(), val);}void pop_back() { erase(--end()); }void push_front(const T& val) { Insert(begin(), val);}void pop_front() { erase(begin());}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = Erase(it);_size--;}}void swap(List<T>& l){std::swap(l._head, _head);std::swap(l._size, _size);}~List() {clear();delete _head;_head = nullptr;}private:ListNode<T>* _head;size_t _size;};struct data {int _a1;int _a2;data(int x = 0, int y = 0):_a1(x), _a2(y) {};};

list 与 vector 的对比