有了之前两个STL中容器和数据结构初阶链表的学习基础,下面list的学习将会简单很多。
目录
(一)list的介绍和使用
(1)list的介绍
(2)list的使用
(二)模拟实现list
(1)迭代器的模拟实现
(2)构造函数的模拟实现
(3)修改类型的成员函数
(4)完整的代码实现
(一)list的介绍和使用
(1)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来说可能是一个重要的因素)
(2)list的使用
有了前面两章的学习,list的使用我们还是查文档
list文档
首先,几个默认成员函数如下,我们着重看构造函数
构造函数分为上面四种用法,我们用代码来使用操作:
void TestList1()
{list<int> l1; // 构造空的l1list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素list<int> l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end())左闭右开的区间构造l3list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4// 以数组为迭代器区间构造l5int array[] = { 16,2,77,29 };list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));// 列表格式初始化C++11list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };// 用迭代器方式打印l5中的元素list<int>::iterator it = l5.begin();while (it != l5.end()){cout << *it << " ";++it;} cout << endl;// C++11范围for的方式遍历for (auto& e : l5)cout << e << " ";cout << endl;
}
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list的迭代器操作的接口如下:
迭代器的使用和string/vector没有区别(其实底层实现改变了,我们后面模拟实现会详解)
void TestList2()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 使用正向迭代器正向list中的元素// list<int>::iterator it = l.begin(); // C++98中语法auto it = l.begin(); // C++11之后推荐写法while (it != l.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();auto rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}
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这两个主要返回头尾结点值的引用
关于容量的接口主要是empty判空和size返回大小的函数
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修改类接口(增删查改等)
样例代码:
// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{int array[] = { 1, 2, 3 };list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 在list的尾部插入4,头部插入0L.push_back(4);L.push_front(0);PrintList(L);// 删除list尾部节点和头部节点L.pop_back();L.pop_front();PrintList(L);
}// insert /erase
void TestList4()
{int array1[] = { 1, 2, 3 };list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));// 获取链表中第二个节点auto pos = ++L.begin();cout << *pos << endl;// 在pos前插入值为4的元素L.insert(pos, 4);PrintList(L);// 在pos前插入5个值为5的元素L.insert(pos, 5, 5);PrintList(L);// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素vector<int> v{ 7, 8, 9 };L.insert(pos, v.begin(), v.end());PrintList(L);// 删除pos位置上的元素L.erase(pos);PrintList(L);// 删除list中[begin, end)区间中的元素,即删除list中的所有元素L.erase(L.begin(), L.end());PrintList(L);
}// resize/swap/clear
void TestList5()
{// 用数组来构造listint array1[] = { 1, 2, 3 };list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));PrintList(l1);// 交换l1和l2中的元素list<int> l2;l1.swap(l2);PrintList(l1);PrintList(l2);// 将l2中的元素清空l2.clear();cout << l2.size() << endl;
}
(二)模拟实现list
文章开头介绍List就说过,list其实是双向链表。所以我们先定义每一个结点的构成——由指向前后的两个指针和存放的数据构成。
而链表类只需要一个成员就可以了————哨兵位的头结点。有了它,其实就等于一下子知道了头结点和尾结点了。
由于构造函数中有迭代器初始化,所以我们还是先看迭代器的模拟实现。
(1)迭代器的模拟实现
迭代器分为下面两种类型:
- 1、迭代器要么就是原生指针
- 2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装,模拟指针的行为
list的各个结点显然不是在同一块连续的空间上的,所以这里我们需要模拟实现第二种。原生指针的行为无非就是几类:解引用*,取地址->,++,--,!=,==等,所以我们把迭代器需要用到的几种指针的行为模拟实现即可。
这里有一点注意的是:
下面模板参数中Ref和Ptr的作用是什么?
- 迭代器类型有两种:iterator和const_iterator,解引用*操作后返回_data的值,若是const_iterator迭代器返回的是const类型的数据,所以用模板参数Ref来统一实现*操作,当然,不用Ref模板参数也可以,但是要写一个重载函数返回const类型的数据,这样未免显得代码有点冗余,库里面的iterator也是这样使用模板参数的。Ptr也是同理。
template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef __list_iterator<T, Ref,Ptr> self;node* _node;__list_iterator(node* n):_node(n){}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& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};
迭代器的几个成员函数:
iterator begin(){//iterator it(_head->_next);//return it;return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{//iterator it(_head->_next);//return it;return const_iterator(_head);}
(2)构造函数的模拟实现
我们查阅文档,构造函数有下面几种类型:
基本构造函数:
void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_Init();}
迭代器构造:
template <class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_Init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}
拷贝构造(精简写法):
先自己初始化,然后把一个tmp临时变量利用迭代器构造,最后自己“渔翁得利”,直接把tmp的构造成果拿来。
void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& it){empty_Init();list<T> tmp(it.begin(), it.end());swap(tmp);}
赋值重载=:
list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}
析构函数:
~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}
(3)修改类型的成员函数
这里重点模拟实现几种常用的。
insert和erase:
他们两的实现在链表的数据结构中其实讲过。
void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* new_node = new node(x);prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;new_node->_next = cur;cur->_prev = new_node;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._node;return iterator(next);/*assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);*/}
尾插(删)、头插(删):
只需要调用insert和erase在特殊位置进行操作:
void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it++);}}
(4)完整的代码实现
最后附完整代码实现及应用测试:
#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;namespace zc
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _data;list_node(const T& data = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_data(data){}};// 1、迭代器要么就是原生指针// 2、迭代器要么就是自定义类型对原生指针的封装,模拟指针的行为template<class T,class Ref,class Ptr>struct __list_iterator{typedef list_node<T> node;typedef __list_iterator<T, Ref,Ptr> self;node* _node;__list_iterator(node* n):_node(n){}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& s){return _node != s._node;}bool operator==(const self& s){return _node == s._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_Init();}template <class iterator>list(iterator first, iterator last){empty_Init();while (first != last){push_back(*first);++first;}}void swap(list<T>& tmp){std::swap(_head, tmp._head);}list(const list<T>& it){empty_Init();list<T> tmp(it.begin(), it.end());swap(tmp);}list<T>& operator=(list<T> lt){swap(lt);return *this;}iterator begin(){//iterator it(_head->_next);//return it;return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{//iterator it(_head->_next);//return it;return const_iterator(_head);}void insert(iterator pos, const T& x){node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* new_node = new node(x);prev->_next = new_node;new_node->_prev = prev;new_node->_next = cur;cur->_prev = new_node;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._node;return iterator(next);/*assert(pos != end());node* cur = pos._node;node* prev = pos._node->_prev;node* next = pos._node->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);*/}void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){erase(it++);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}private:node* _head;};void print_list(const list<int>& lt){list<int>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//(*it) *= 2;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test_list1(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);// int*list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){(*it) *= 2;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;print_list(lt);}struct AA{int _a1;int _a2;AA(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1), _a2(a2){}};void test_list2(){list<AA> lt;lt.push_back(AA(1, 1));lt.push_back(AA(2, 2));lt.push_back(AA(3, 3));// AA* ptrlist<AA>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl; cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a1 << endl;++it;}cout << endl;}void test_list3(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;auto pos = lt.begin();++pos;lt.insert(pos, 20);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.push_back(100);lt.push_front(1000);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.pop_back();lt.pop_front();for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;}void test_list4(){list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(5);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt2(lt);for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;list<int> lt3;lt3.push_back(10);lt3.push_back(20);lt3.push_back(30);for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;lt2 = lt3;for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;}}
祝您学业有成!