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STL——list

1、list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。

  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 **

  1. // list的构造
  2. void TestList1()
  3. {
  4.     list<int> l1;                         // 构造空的l1
  5.     list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
  6.     list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
  7.     list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4
  9.     // 以数组为迭代器区间构造l5
  10.     int array[] = { 16,2,77,29 };
  11.     list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
  13.     // 列表格式初始化C++11
  14.     list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
  16.     // 用迭代器方式打印l5中的元素
  17.     list<int>::iterator it = l5.begin();
  18.     while (it != l5.end())
  19.     {
  20.         cout << *it << " ";
  21.         ++it;
  22.     }       
  23.     cout << endl;
  25.     // C++11范围for的方式遍历
  26.     for (auto& e : l5)
  27.         cout << e << " ";
  29.     cout << endl;
  30. }

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

**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 **

**【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

  1. //iterator
  2. void PrintList(const list<int>& l)
  3. {
  4.     for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
  5.     {
  6.         cout << *it << " ";
  7.         // *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
  8.     }
  10.     cout << endl;
  11. }
  13. void TestList2()
  14. {
  15.     int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
  16.     list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
  17.     // 使用正向迭代器正向list中的元素
  18.     // list<int>::iterator it = l.begin();   
  19.     auto it = l.begin();                     
  20.     while (it != l.end())
  21.     {
  22.         cout << *it << " ";
  23.         ++it;
  24.     }
  25.     cout << endl;
  27.     // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
  28.     // list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
  29.     auto rit = l.rbegin();
  30.     while (rit != l.rend())
  31.     {
  32.         cout << *rit << " ";
  33.         ++rit;
  34.     }
  35.     cout << endl;
  36. }

2.3l**ist 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

  1. void TestList1()
  2. {
  3.     int array[] = { 1, 2, 3 };
  4.     list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
  6.     // 在list的尾部插入4，头部插入0
  7.     L.push_back(4);
  8.     L.push_front(0);
  9.     PrintList(L);
  11.     // 删除list尾部节点和头部节点
  12.     L.pop_back();
  13.     L.pop_front();
  14.     PrintList(L);
  15. }
  17. // insert /erase 
  18. void TestList2()
  19. {
  20.     int array1[] = { 1, 2, 3 };
  21.     list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
  23.     // 获取链表中第二个节点
  24.     auto pos = ++L.begin();
  25.     cout << *pos << endl;
  27.     // 在pos前插入值为4的元素
  28.     L.insert(pos, 4);
  29.     PrintList(L);
  31.     // 在pos前插入5个值为5的元素
  32.     L.insert(pos, 5, 5);
  33.     PrintList(L);
  35.     // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
  36.     vector<int> v{ 7, 8, 9 };
  37.     L.insert(pos, v.begin(), v.end());
  38.     PrintList(L);
  40.     // 删除pos位置上的元素
  41.     L.erase(pos);
  42.     PrintList(L);
  44.     // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
  45.     L.erase(L.begin(), L.end());
  46.     PrintList(L);
  47. }
  49. // resize/swap/clear
  50. void TestList3()
  51. {
  52.     // 用数组来构造list
  53.     int array1[] = { 1, 2, 3 };
  54.     list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
  55.     PrintList(l1);
  57.     // 交换l1和l2中的元素
  58.     list<int> l2;
  59.     l1.swap(l2);
  60.     PrintList(l1);
  61.     PrintList(l2);
  63.     // 将l2中的元素清空
  64.     l2.clear();
  65.     cout << l2.size() << endl;
  66. }

2.4list****的迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，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。 

  1. //这是一个模拟List的clear的实现
  2. //这是错误写法
  3. void clear()
  4. {
  5.     iterator it = begin();
  6.     while (it != end())
  7.     {
  8.         erase(it);
  9.         it++;
  10.     }
  11. }
  12. //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。
  13. ///
  14. //正确写法
  15. void clear()
  16. {
  17.     iterator it = begin();
  18.     while (it != end())
  19.     {
  20.         it=erase(it);//删除这个结点，返回这个结点的下一个位置给it。
  21.     }
  22. }

3、list****的模拟实现

3、1node类模板

  1. #include<iostream>
  2. #include<assert.h>
  3. using namespace std;
  4. namespace A
  5. {
  6. //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
  8. ........
  9. }

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。

  1. template <class T>
  2. struct list_node
  3. {
  4.     typedef list_node<T> Node;
  5.     Node* _next;
  6.     Node* _pre;
  7.     T _data;
  8.     list_node(const T& val=T())
  9.         :_next(nullptr)
  10.         ,_pre(nullptr)
  11.         ,_data(val)
  12.     {
  14.     }
  15. };

3、2迭代器类模板

l链表的物理结构并不是连续的，它不像string、vector的结构，对list进行++时找不到它的下一个结点的。所以我们必须自己模拟出它的迭代器。

定义一个迭代器类模板，在里面服用list_node类，定义出迭代器的成员变量_node。在里面实现出我们需要用的运算符 

  1. template<class T,class Ref,class Ptr>
  2. struct __list_iterator
  3. {
  4.     typedef list_node<T> Node;
  5.     typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
  6.     __list_iterator(Node* node)
  7.         :_node(node)
  8.     {
  9.         
  10.     }
  11.     Node* _node;
  12.     self& operator++()
  13.     {
  14.         _node = _node->_next;
  15.         return *this;
  16.     }
  17.     self operator++(int)
  18.     {
  19.         self tmp(*this);
  20.         _node = _node->_next;
  21.         return tmp;
  22.     }
  23.     self& operator--()
  24.     {
  25.         _node = _node->_pre;
  26.         return *this;
  27.     }
  28.     self operator--(int)
  29.     {
  30.         self tmp(*this);
  31.         _node = _node->pre;
  32.         return tmp;
  33.     }
  34.     Ref operator*()
  35.     {
  36.         return _node->_data;
  37.     }
  38.     Ptr operator->()
  39.     {
  40.         return &_node->_data;
  41.     }
  42.     bool operator != (const self& s)
  43.     {
  44.         return _node != s._node;
  45.     }
  46. };

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

  1. template<class T>
  2. class list
  3. {
  4.     typedef list_node<T> Node;
  5.     
  6. public:
  7.     typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator;
  8.     typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
  9.     void init()
  10.     {
  11.         _head = new Node;
  12.         _head->_next = _head;
  13.         _head->_pre = _head;
  14.     }
  15.     list()
  16.     {
  17.         init();
  18.     }
  19.     void clear()
  20.     {
  21.         iterator it = begin();
  22.         while (it != end())
  23.         {
  24.             it=erase(it);
  25.         }
  26.     }
  27.     ~list()
  28.     {
  29.         clear();
  30.         delete _head;
  31.         _head = nullptr;
  32.     }
  33.     void swap(list<T>& lt)
  34.     {
  35.         std::swap(_head, lt._head);
  36.     }
  37.     list(const list<T>& lt)//构造
  38.     {
  39.         _head = new Node;
  40.         _head->_next = _head;
  41.         _head->_pre = _head;
  42.         for (auto e : lt)
  43.         {
  44.             push_back(e);
  45.         }
  46.     }
  47.     list<T>& operator=(list<T> lt)
  48.     {
  49.         swap(lt);
  50.         return *this;
  51.     }
  52.     void push_back(const T& x)
  53.     {
  54.         Node* tail = _head->_pre;
  55.         Node* newnode = new Node(x);
  56.         tail->_next = newnode;
  57.         newnode->_pre = tail;
  58.         newnode->_next = _head;
  59.         _head->_pre = newnode;
  60.     }
  61.     void push_front(const T& x)
  62.     {
  63.         insert(begin(), x);
  64.     }
  65.     iterator insert(iterator pos,const T& x)
  66.     {
  67.         Node* newnode = new Node(x);
  68.         Node* cur = pos._node;
  69.         Node* pre = cur->_pre;
  71.         pre->_next = newnode;
  72.         newnode->_pre = pre;
  73.         newnode->_next = cur;
  74.         cur->_pre = newnode;
  75.         return newnode;
  76.     }
  77.     iterator erase(iterator pos)
  78.     {
  79.         assert(pos != end());
  80.         Node* cur = pos._node;
  81.         Node* pre = cur->_pre;
  82.         Node* next = cur->_next;
  83.         pre->_next=next;
  84.         next->_pre = pre;
  85.         delete cur;
  86.         return next;
  87.     }
  88.     void pop_back()
  89.     {
  90.         erase(--end());
  91.     }
  92.     void pop_front()
  93.     {
  94.         erase(begin());
  95.     }
  96.     iterator begin()
  97.     {
  98.         return _head->_next;
  99.     }
  100.     iterator end()
  101.     {
  102.         return _head;
  103.     }
  104.     const_iterator begin() const
  105.     {
  106.         return _head->_next;
  107.     }
  108.     const_iterator end() const
  109.     {
  110.         return _head;
  111.     }
  112. private:
  113.     Node* _head;
  114. };

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。

标签： c++ STL list
本文转载自: https://blog.csdn.net/weixin_67131528/article/details/135720579
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