文章目录
- 一、list的概念
- 二、list的使用
- 三、list的练习
- 四、与vector的对比
- 五、总结
一、list的概念
list 是一种容器，实现了双向链表结构
它具有以下特点：
- 动态大小，可按需增减元素数量。
- 高效的插入和删除操作，在任意位置插入和删除元素时间复杂度为 O (1)。但随机访问元素较慢，时间复杂度为 O (n)。
- 提供双向迭代器，方便遍历、访问和修改元素。
- 不支持随机访问，访问特定位置的元素需要通过迭代器逐步遍历，时间复杂度为线性。
总之，list适用于需要频繁进行插入和删除操作，而对随机访问要求不高的场景。 - 常见操作包括元素访问（如 front ()、back ()）、插入（如 push_front ()、push_back ()、insert ()）、删除（如 pop_front ()、pop_back ()、erase ()）以及获取大小（size ()）和判断是否为空（empty ()）等。
二、list的使用
list的构造
// 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;
}
list iterator的使用
- 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
迭代器的类型
// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{
// 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10; 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(); // 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;
}
list capacity
list element access
list modifiers
// 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 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;
}
list的迭代器失效
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。
void TestListIterator1()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值
l.erase(it);
++it;
}
}
// 改正
void TestListIterator()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
l.erase(it++); // it = l.erase(it);
}
}
三、list的练习
模拟实现list的迭代器
List 的迭代器
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
- 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：
指针可以解引用，迭代器的类中必须重载operator()- 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->()
- 指针可以++向后移动，迭代器类中必须重载operator++()与operator++(int)
至于operator–()/operator–(int)释放需要重载，根据具体的结构来抉择，双向链表可以向前 移动，所以需要重载，如果是forward_list就不需要重载 - 迭代器需要进行是否相等的比较，因此还需要重载operator==()与operator!=()
template<class T, class Ref, class Ptr>
class ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
// Ref 和 Ptr 类型需要重定义下，实现反向迭代器时需要用到
public:
typedef Ref Ref;
typedef Ptr Ptr;
public:
//
// 构造
ListIterator(Node* node = nullptr)
: _node(node)
{}
//
// 具有指针类似行为
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
//
// 迭代器支持移动
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp(*this);
_node = _node->_next;
return temp;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
_node = _node->_prev;
return temp;
}
//
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const
{
return _node != l._node;
}
bool operator==(const Self& l)const
{
return _node != l._node;
}
Node* _node;
};
注意：
- 此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的一个类型，而不是静态成员变量
- 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
- 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的一个类型，而不是静态成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
public:
typedef typename Iterator::Ref Ref;
typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
//
// 构造
ReverseListIterator(Iterator it)
: _it(it)
{}
//
// 具有指针类似行为
Ref operator*()
{
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
//
// 迭代器支持移动
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self temp(*this);
--_it;
return temp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
++_it;
return temp;
}
//
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const
{
return _it != l._it;
}
bool operator==(const Self& l)const
{
return _it != l._it;
}
Iterator _it;
};
list的反向迭代器
通过前面知道，反向迭代器的++就是正向迭代器的–，反向迭代器的–就是正向迭代器的++，因此反向迭代器的实现可以借助正向迭代器，即：反向迭代器内部可以包含一个正向迭代器，对正向迭代器的接口进行包装即可。
template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
public:
typedef typename Iterator::Ref Ref;
typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
//
// 构造
ReverseListIterator(Iterator it) : _it(it) {}
//
// 具有指针类似行为
Ref operator*() {
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->() { return &(operator*()); }
//
// 迭代器支持移动
Self& operator++() {
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int) {
Self temp(*this);
--_it;
return temp;
}
Self& operator--() {
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Self temp(*this);
++_it;
return temp;
}
/// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const
{
return _it != l._it;
}
bool operator==(const Self& l)const
{
return _it != l._it;
}
Iterator _it;
};
四、与vector的对比
vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及
应用场景不同，其主要不同如下：
五、总结
- 容器特点
list是一种双向链表容器，具有以下显著特点：- 动态性强：可以根据需要随时添加或删除元素，无需担心预先分配固定大小的内存问题。
插入和删除高效：在链表的任意位置进行插入和删除操作的时间复杂度为常数级别，这使得它在频繁进行此类操作的场景下表现出色。 - 迭代灵活：提供双向迭代器，可方便地进行正向和反向遍历。但不支持随机访问，访问特定位置的元素相对较慢。
- 动态性强：可以根据需要随时添加或删除元素，无需担心预先分配固定大小的内存问题。
- 适用场景
- 频繁插入和删除：当需要在容器中频繁地进行插入和删除操作时，list是一个很好的选择。例如，在实现一些数据结构（如栈、队列）或者处理动态变化的数据集合时。
- 顺序访问：如果主要是按照顺序访问元素，而不是随机访问，list可以满足需求。比如，依次处理一系列数据，而不需要直接跳到特定位置的元素。
- 与其他容器对比
与 C++ 中的其他容器（如vector、array等）相比：- 与vector：vector支持随机访问，但其在插入和删除元素时，可能需要移动大量元素，时间复杂度可能较高。而list在插入和删除方面更高效，但随机访问能力较弱。
- 与array：array大小固定，不具备动态性。list则可以根据需要动态调整大小。
总之，C++ 中的list是一种功能强大的容器，在特定的场景下能够发挥出很大的优势。
