1、list介绍
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。
的底层是带头双向循环链表结构,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。
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用法
list的接口有很多,具体如下
具体用法可以查看 https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list
下面我介绍一些常用的接口的用法
2.1 list的构造
构造函数(constructor)
|
接口说明
|
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()
|
构造空的
list |
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的构造
void TestList1()
{
list<int> l1; // 构造空的l1
list<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l3
list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<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;
}
2.2list iterator的使用
迭代器底层是使用指针实现的,所以,我们可以把迭代器当成一个指针,指向list的某个结点。所有的容器的迭代器都被重命名为iterator
函数声明
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接口说明
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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 |
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
//iterator
void PrintList(const list<int>& l)
{
for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10; 这里是const_iterator ,it指向的内容不能被修改,所以编译不通过
}
cout << endl;
}
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();
auto it = l.begin();
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;
}
2.3list modifiers
函数声明
|
接口说明
|
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 |
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 |
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 TestList1()
{
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0
L.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 TestList2()
{
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 TestList3()
{
// 用数组来构造list
int 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;
}
2.4list的迭代器失效
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。
//这是一个模拟List的clear的实现
//这是错误写法
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it);
it++;
}
}
//这段代码之所以错误,主要是因为,it指向的那个结点已经被删除了,所以it再++是找不到后面节点的位置的。
///
//正确写法
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it=erase(it);//删除这个结点,返回这个结点的下一个位置给it。
}
}
3、list的模拟实现
3、1node类模板
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace A
{
//用命名区间A把自己实现的list圈起来,防止与库里面的混淆
........
}
首先先构造出结点的类模板list_node<T>,因为struct默认所有成员都是public,我们需要在类外面使用list_node,所以这里使用struct。定义三个成员变量 _next下一个节点,_pre上一个结点和数据data。
template <class T>
struct list_node
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _next;
Node* _pre;
T _data;
list_node(const T& val=T())
:_next(nullptr)
,_pre(nullptr)
,_data(val)
{
}
};
3、2迭代器类模板
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{
}
Node* _node;
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_pre;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->pre;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
bool operator != (const self& s)
{
return _node != s._node;
}
};
3、3list类模板
实现出list的迭代器,我们就可以正式来模拟list接口了。
首先定义一个哨兵位结点,这也是list类模板唯一的成员变量。在此我们复用list_node类模板和迭代器类模板,然后我们实现list的各个接口
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 init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_pre = _head;
}
list()
{
init();
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it=erase(it);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
}
list(const list<T>& lt)//构造
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_pre = _head;
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void push_back(const T& x)
{
Node* tail = _head->_pre;
Node* newnode = new Node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_pre = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_pre = newnode;
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
iterator insert(iterator pos,const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* cur = pos._node;
Node* pre = cur->_pre;
pre->_next = newnode;
newnode->_pre = pre;
newnode->_next = cur;
cur->_pre = newnode;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* pre = cur->_pre;
Node* next = cur->_next;
pre->_next=next;
next->_pre = pre;
delete cur;
return next;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
private:
Node* _head;
};
上面就是list的常见接口的模拟实现,有些并不常见的我没有在此写出原来,如果以后见到的时候大家查一下List的文档就可以了,使用方法都很简单。
4、list的优缺点
带头结点的双向循环链表 ,list这个容器常用于适合大量插入删除数据的场景,由于它是一个个结点链接,所以它移动节点会很方便,并不需要挪动数据,头插头删,或者任意位置插入删除都很高效。但是它的缺点也很明显:不支持随机访问,访问某个元素效率O(N),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。大家使用的时候注意能否适合使用List。
原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_67131528/article/details/135720579
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