【C++】list介绍以及模拟实现（超级详细）

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list的介绍和模拟实现

前言

string
vector
的是存储是基于物理空间上连续的，而
list
是作为线性的链式结构，是值得学习的。

list

介绍

std::list是C++标准模板库（STL）中的一个容器适配器，它内部实现为双向链表结构。
这种设计使得std::list能够在常数时间内进行任意位置的插入和删除操作，这是其相对于其他序列容器如std::vector的显著优点。
std::list不支持随机访问，即无法直接通过索引来访问容器中的元素，这通常需要从头部或尾部开始迭代到目标位置.

标准库容器

 std::list

与

std::vector

的优缺点

std::list: 作为一个双向链表，std::list 在插入和删除操作上具有优势，因为这些操作只涉及到改变相邻节点的指针，而不需要移动其他元素。此外，std::list 不需要预分配额外的内存，可以更好地处理动态内存分配，减少内存碎片.
std::vector: 作为一个动态数组，std::vector 提供了高效的随机访问能力，可以通过下标直接访问任意位置的元素，其访问效率为 O(1). 此外，std::vector 通常具有较高的空间利用率和缓存友好性，因为其元素在内存中是连续存储的.

缺点

std::list: 由于非连续的内存存储，std::list 在访问元素时效率较低，因为可能需要从头开始遍历链表。此外，每个节点都需要存储额外的指针信息，这增加了内存开销.
std::vector: 在 std::vector 的中间位置插入或删除元素可能会引起大量元素的移动，以维持内存的连续性，这会导致较差的性能。当 std::vector 的容量不足以容纳新增元素时，还需要进行动态扩容，这是一个成本较高的操作
vectorlist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
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：开辟新空间，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)插入
删除底层为连续空间，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
```
list
```
的基本操作

构造函数

【C++】vector介绍以及模拟实现接口说明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listlist (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 iterator

此处，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。
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

list capcacity

函数声明接口说明empty检测list是否为空，是返回true，否则返回falsesize返回list中有效节点的个数

list modify

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

list

模拟实现

存贮结构（双向带头循环）

定义一个类（C语言：结构体）存储数据，作为指向下一个上一个的节点

namespace MyList
{//LIst节点template<classT>struct_list_node{
        _list_node<T>* _next;
        _list_node<T>* _prev;
        T _val;_list_node(const T& val =T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_val(val){}};}

iterator

迭代器有两种实现方式，具体应根据容器底层数据结构实现：

原生态指针，比如：vector``````string
将原生态指针进行封装，因迭代器使用形式与指针完全相同，因此在自定义的类中必须实现以下方法： 1. 指针可以解引用，迭代器的类中必须重载operator*() 2. 指针可以通过->访问其所指空间成员，迭代器类中必须重载 oprator->() 3. 指针可以++向后移动，迭代器类中必须重载operator++()与operator++(int) 4. 迭代器需要进行是否相等的比较，因此还需要重载operator==()与operator!=()

iterator

结构

三个模板参数 1. 第一个模板参数控制类型2. 第二个模板参数控制返回值类型const``````非const3. 第三个模板参数控制返回的list类的类型const``````非const
Node* _node;需要定义一个指针，指向list节点

template<classT,classRef,classptr>struct_list_iterator{typedef _list_node<T> Node;typedef _list_iterator<T, Ref,ptr> self;

        Node* _node;};

operator!=

operator ==

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

operator++

//重载operator++(前置)
self&operator++(){
    _node = _node->_next;return*this;}//重载operator++(后置)
self&operator++(int){
    self tmp(*this);

    _node = _node->_next;return tmp;}

operator--

//重载operator--(前置)
self&operator--(){
    _node = _node->_prev;return*this;}//重载operator--(后置)
self&operator--(int){
    self tmp(*this);

    _node = _node->_prev;return tmp;}

operator*

operator->

//重载operator*
Ref&operator*(){return _node->_val;}//重载operator->
ptr operator->(){return _node->_val;}

list

数据结构

构造函数

list的初始化

双向带带头循环

#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .label text,#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node rect,#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node circle,#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node ellipse,#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node polygon,#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-1LAJp6yJtxQBCAfN :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}

       _head

//空list初始化voidempty_init(){
    _head =new Node;
    _head->_next = _head;
    _head->_prev = _head;

    _size =0;}

节点初始化

默认构造函数
默认构造函数
用迭代器初始化
拷贝构造函数
赋值运算符重载
赋值运算符重载

//默认构造函数list(){empty_init();}//默认构造函数list(int n,const T& val =T()){empty_init();while(n--){push_back(val);}}//用迭代器初始化template<classIterator>list(Iterator first, Iterator last){empty_init();while(first != last){push_back(*first);++first;}}//拷贝构造函数list(const list<T>& lt){empty_init();for(auto e : lt){push_back(e);}}//赋值运算符重载
list<T>operator=(list<T> lt){swap(lt);return*this;}//赋值运算符重载~list(){clear();delete _head;}

迭代器

iterator begin(){return _head->_next;}
iterator end(){return _head;}
const_iterator begin()const{return _head->_next;}
const_iterator end()const{return _head;}

list modify

insert

在pos位置插入节点，同数据结构是一样的，在这里面不过多赘述（可以参考）

//insert
iterator insert(iterator pos,const T& x){
    Node* newcode =newNode(x);
    Node* cur = pos._node;
    Node* prev = cur->_prev;

    prev->_next = newcode;
    newcode->_prev = prev;
    newcode->_next = cur;
    cur->_prev = newcode;++_size;return pos;}

erase

删除迫使位置的节点，同样（可以参考）

//erase
iterator erase(iterator pos){assert(pos._node != _head);

    Node* cur = pos._node;
    Node* prev = cur->_prev;
    Node* next = cur->_next;

    prev->_next = next;
    next->_prev = prev;delete cur;--_size;return next;}

头插、头删、尾插、尾删

可以复用insert``````ersae STL标准模板库也是进行复用

// 头插voidpush_front(const T& x){insert(begin(), x);}//头删voidpop_front(){erase(begin());}//尾插voidpush_back(const T& x){insert(begin());}//尾删voidpop_back(){erase(--end());}

list operator

交换

voidswap(list<T> lt){
    std::swap(_head, lt._head);
    std::swap(_size, lt._size);}

clear

析构函数也是利用了clear

//删除voidclear(){
    iterator it =begin();while(it !=end()){
        it =erase(it);++it;}}

源码

#pragmaonce#include<iostream>#include<assert.h>namespace MyList
{//节点template<classT>struct_list_node{
        _list_node<T>* _next;
        _list_node<T>* _prev;
        T _val;_list_node(const T& val =T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_val(val){}};//迭代器template<classT,classRef,classptr>struct_list_iterator{typedef _list_node<T> Node;typedef _list_iterator<T, Ref,ptr> self;
        
        Node* _node;_list_iterator(Node* node):_node(node){}//重载operator*
        Ref&operator*(){return _node->_val;}//重载operator->
        ptr operator->(){return _node->_val;}//重载operator++(前置)
        self&operator++(){
            _node = _node->_next;return*this;}//重载operator++(后置)
        self&operator++(int){
            self tmp(*this);

            _node = _node->_next;return tmp;}//重载operator--(前置)
        self&operator--(){
            _node = _node->_prev;return*this;}//重载operator--(后置)
        self&operator--(int){
            self tmp(*this);

            _node = _node->_prev;return tmp;}//重载operator!=booloperator!=(const self& it)const{return _node != it._node;}//重载operator==booloperator==(const self& it)const{return _node == it._node;}};//listtemplate<classT>classlist{typedef _list_node<T> Node;public:typedef _list_iterator<T, T&,T*> iterator;typedef _list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;//空list初始化voidempty_init(){
            _head =new Node;
            _head->_next = _head;
            _head->_prev = _head;

            _size =0;}//用n个val初始化list(int n,const T& val =T()){empty_init();while(n--){push_back(val);}}//用迭代器初始化template<classIterator>list(Iterator first, Iterator last){empty_init();while(first != last){push_back(*first);++first;}}//默认构造函数list(){empty_init();}//拷贝构造函数list(const list<T>& lt){empty_init();for(auto e : lt){push_back(e);}}//赋值运算符重载
        list<T>operator=(list<T> lt){swap(lt);return*this;}//析构函数~list(){clear();delete _head;}//删除voidclear(){
            iterator it =begin();while(it !=end()){
                it =erase(it);++it;}}//迭代器
        iterator begin(){return _head->_next;}
        iterator end(){return _head;}
        const_iterator begin()const{return _head->_next;}
        const_iterator end()const{return _head;}//void push_back(const T& x)//{//    Node* newcode = new Node(x);//    Node* tail = _head->_prev;//    tail->_next = newcode;//    newcode->_next = _head;//    newcode->_prev = tail;//    _head->_prev = newcode;//    ++_size;//}// 头插voidpush_front(const T& x){insert(begin(), x);}//头删voidpop_front(){erase(begin());}//尾插voidpush_back(const T& x){insert(begin());}//尾删voidpop_back(){erase(--end());}//insert
        iterator insert(iterator pos,const T& x){assert(pos._node != _head);

            Node* newcode =newNode(x);
            Node* cur = pos._node;
            Node* prev = cur->_prev;

            prev->_next = newcode;
            newcode->_prev = prev;
            newcode->_next = cur;
            cur->_prev = newcode;++_size;return pos;}//erase
        iterator erase(iterator pos){assert(pos._node != _head);

            Node* cur = pos._node;
            Node* prev = cur->_prev;
            Node* next = cur->_next;

            prev->_next = next;
            next->_prev = prev;delete cur;--_size;return next;}//大小
        size_t size()const{return _size;}//交换voidswap(list<T> lt){
            std::swap(_head, lt._head);
            std::swap(_size, lt._size);}private:
        Node* _head;
        size_t _size;};}

标签： c++ list

本文转载自: https://blog.csdn.net/Cayyyy/article/details/140921383
版权归原作者 chian-ocean 所有，如有侵权，请联系我们删除。

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前言

标准库容器

缺点

构造函数

存贮结构（双向带头循环）

构造函数

list的初始化

节点初始化

迭代器

insert

erase

头插、头删、尾插、尾删

交换

clear

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