【C++笔记】list结构剖析及其模拟实现

【C++笔记】list结构剖析及其模拟实现

🔥个人主页：大白的编程日记

🔥专栏：C++笔记

文章目录

• 【C++笔记】list结构剖析及其模拟实现
• • 前言- 一 .list的结构及其介绍- - 1.1list的结构- 1.2list的使用- 1.3迭代器划分- 二.list的模拟实现- - 2.1 list结构的定义- 2.2iterator迭代器- 2.3list迭代器- 2.3构造- 2.4拷贝构造- 2.5 operator=- 2.6 insert- 2.7 erase- 2.8 clear- 2.9析构函数- 三.按需实例化- 四.迭代器失效- 五.initializer_list- 后言

前言

哈喽，各位小伙伴大家好!上期我们讲了vector和深浅拷贝。今天我们来讲一下list及其实现。话不多说，我们进入正题！向大厂冲锋

一 .list的结构及其介绍

1.1list的结构

list的底层结构是一个带哨兵位头结点的双向链表。

1.2list的使用

list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口。

• 构造
• 迭代器 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。

需要注意的是list的不支持下标+[]。
因为之前像vector这样底层连续的空间。直接用+指针下标即可索引到目标值。
但是list空间不连续。所以需要遍历n次依次移动才可以。所以时间复杂度是O(n).
语法上可以实现，但是可行性上成本很高所以list没有实现****operator[]****。

【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

这就是list的迭代器。

• list capacity
• list element access
• list modifiers
• emplace_back emplace_back这个接口和push_back差不多。

只是emplace_back支持传构造自定义对象的参数。
所以这种场景下emplace_back更高效。少了依次拷贝构造

• splice 这里接口的主要功能是将一个链表的节点转移到另一个链表。 也可以调整当前链表的节点顺序。 转移链表的节点 调整当前链表

1.3迭代器划分

根据功能和性质可以将迭代器这样划分

而迭代器的底层结构决定了他的性质。
例如vector底层结构连续就可支持随机访问。
同时迭代器的性质决定了可以使用那些算法。
例如算法库的sort算法就要求是随机迭代器。

因为他的底层是快排。需要支持随机访问和下标±[]。
所以list不可以库的sort，因为他不支持随机迭代器。
所以list自己支持了一个sort

同时C++库里对迭代器的定义使用了继承的概念。子类就是特殊的父类

如果我们想查看某个容器的迭代器就去官网查看即可。

二.list的模拟实现

list因为底层空间不连续所以迭代器我们要用模版封装起来 节点也用模版封装起来
list也是模版封装。

2.1 list结构的定义

template<classT>structlist_node{
    T data;
    list_node<T>* prev;
    list_node<T>* next;list_node(const T& x=T()):data(x),next(nullptr),prev(nullptr){}};template<classT,classRef,classPtr>structlist_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T,Ref,Ptr> self;};template<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;private:
    Node* _head;
    size_t _size;};

2.2iterator迭代器

• operator±

operator±我们只需要手动让迭代器指向前后位置即可。

self&operator++(){
    self tmp(*this);
    _node=_node->next;return*this;}
self&operator--(){
    _node = _node->prev;return*this;}

• operator* 和operator-> operator*就直接返回data即可。 这里为了支持T是自定义类型指针访问数据。 我们需要支持operator->取出节点data的地址。 同时为了防止const_iterator和iterator两个类模版冗余， 并且这两个模版只有这两个函数的返回值不同。 *返回T& ->返回T * 我们让list和list_iterator多加两个模版参数，让这两个模版参数做返回值即可。

Ref operator*(){return _node->data;}
Ptr operator->(){return&_node->data;}

需要注意的是如果T是自定义类型
那it->a1这里是省略了一个->.

• operator++ - - 这里我们自己手动移动_node即可。 如果后置++ - -我们先拷贝一份当前位置再移动即可。

self&operator++(){
    _node = _node->next;return*this;}
self&operator--(){
    _node = _node->prev;return*this;}
self&operator--(int){
    self tmp(*this);
    _node = _node->prev;return tmp;}
self&operator++(int){
    self tmp(*this);
    _node=_node->next;return*this;}

这里return *this会调用迭代器的拷贝构造。
但是我们不用写。因为编译器会自动生成一份浅拷贝的拷贝构造。
那浅拷贝会不会有问题呢？

不会，因为我们要的就是浅拷贝。

• operator!=和operator== operator!=和operator==直接判断指针是否相等即可。

booloperator!=(const self& s)const{return _node != s._node;}booloperator==(const self& s)const{return _node == s._node;}

2.3list迭代器

迭代器我们直接返回哨兵位的下一个数据节点和哨兵位节点即可

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

2.3构造

我们先写一个初始化链表的函数。
new一个哨兵位节点。让节点的前后指针都指向自己即可。

voidempty_init(){
    _head =new Node;
    _head->next = _head;
    _head->prev = _head;
    _size =0;}list(){empty_init();}

2.4拷贝构造

拷贝构造我们先初始化链表，然后把链表节点尾插到新链表即可

list(initializer_list<T> il){empty_init();for(auto& x : il){push_back(x);}}

2.5 operator=

这里我们让先拷贝一份形参list,然后交换list和*this即可。函数结束后list自动销毁。

voidswap(list<T> list){
    std::swap(_head, list._head);
    std::swap(_size, list._size);}
list<T>&operator=(list<T> list){swap(list);return*this;}

2.6 insert

insert要在某个位置插入数据。
我们new开一个节点，将前后节点和newnode连接起来即可。

iterator insert(iterator pos,const T& x){
    Node* cur = pos._node;
    Node* prev = cur->prev;
    Node* newnode =newNode(x);//prev newnode cur
    newnode->next = cur;
    newnode->prev = prev;
    prev->next = newnode;
    cur->prev = newnode;++_size;return newnode;}

2.7 erase

erase连接前后节点。释放pos位置的节点即可。
同时防止释放哨兵位的头结点。

iterator erase(iterator pos){assert(pos !=end());//防止销毁哨兵位的头结点
    Node* next = pos._node->next;
    Node* prev = pos._node->prev;
    next->prev = prev;
    prev->next = next;delete pos._node;//释放原节点--_size;return next;}

2.8 clear

clear只需要从begin开始erase节点即可。注意erase后迭代器失效，要接受返回值也就是下一个位置的迭代器。

voidclear(){auto it =begin();while(it !=end()){
        it =erase(it);}}

2.9析构函数

复用clear清空节点后，释放哨兵位节点，再把_head置空即可。

~list(){clear();delete _head;
    _head =nullptr;}

三.按需实例化

编译器对模版是按需实例化。
调用了才会实例化，不调用就不会实例化。

四.迭代器失效

• insert list的insert不会导致迭代器失效。
• erase erase迭代器失效

五.initializer_list

C++11中，list还可以这样初始化。
用一个花括号括起来，里面就是初始化的内容。

这主要与initializer_list类型有关。C++11标准库之后可以认为花括号括起来的类型就是initializer_list。

它的底层在栈上开一个数组把初始化内容存起来，initializer_list对象有两个指针。
一个指针指向数据的开始，一个指针指向结束。

它支持这几个成员。

迭代器支持只读

所以我们要支持一个initializer_list的list构造即可实现花括号初始化。

list(initializer_list<T> il){empty_init();for(auto& x : il)//支持迭代器就是支持范围for{push_back(x);}}

支持迭代器就支持范围for.
将initializer_list存储的数据拿来尾插即可。

后言

这就是list结构剖析及其模拟实现。大家自己好好消化。今天就分享到这，感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~