list介绍
- list是一个类模板，加<类型>实例化才是具体的类。
- list是可以在任意位置进行插入和删除的序列式容器。
- list的底层是双向循环链表结构，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。
- 与其他序列式容器相比，list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如访问第六个节点，必须从已知节点迭代到该节点。
双向链表图解：
list常用接口
1.构造
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| list (size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造的list中包含n个值为val的节点 |
| list() | 构造空的list |
| list (const list& x) | 拷贝构造 |
| list (InputIterator first, InputIterator last) | 迭代器区间初始化 (模板，可以传入其它容器的迭代器区间) |
2.迭代器
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| begin()加end() | 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator |
| rbegin()加rend() | 反向迭代器，获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator |
3.容量
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| size() | 获取有效数据个数 |
| empty() | 判断是否为空(size为0为空，返回true) |
4.访问数据
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| front() | 取到头节点数据的引用 |
| back() | 返回尾节点数据的引用 |
5.增删查改
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| push_front (const value_type& val) |
头插数据val |
| push_back (const value_type& val) |
尾删数据val |
| pop_front() | 头删 |
| pop_back() | 尾删 |
| insert (iterator position, const value_type& val) | 在position位置中插入值为val的元素 |
| erase (iterator position) | 删除position位置的元素 |
| swap(list& x) | 交换两个list |
| clear() | 清空有效数据 |
6.迭代器失效
迭代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。
#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;
//错误代码演示
int main()
{
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
it = l.erase(it); //只需要去掉++it,这里修改成it = erase(it)即可
++it;
}
return 0;
}
list模拟实现
1.迭代器的实现
有别于vector，list的迭代器并不是一个原生的指针，因为使用者需要得到的是节点中的数据而不是整个节点，而且寻找下一个节点并不能通过指针简单的++，所以需要把迭代器单独封装成一个类，通过重载*等运算符来完成需求。
namespace MyList
{
//节点设计成结构体,方便访问
template<typename T>
struct list_node
{
list_node(const T val = T())
:_data(val)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{
}
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
};
//迭代器
//这里设计模板参数除了迭代器，还有Ref(引用)和Ptr(指针)
//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
//普通对象（可读可写）：iterator<T, T&, T*>
//const对象（可读不可写）：const_iterator<T, const T&, const T*>
template<typename T, typename Ref, typename Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; //要返回迭代器需要返回实例化对象，重命名一下
Node* _node;
__list_iterator(Node* p)
:_node(p)
{
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
//返回指针可以让自定义类型自行打印，访问成员
//->操作符，比较特殊，it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
Ptr operator->()
{
return &(_node->_data);
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
//反向迭代器
//反向迭代器需要进行封装，其实就是复用普通迭代器，然后++和--操作反过来
//普通对象（可读可写）：Reverse_iterator<iterator，T&，T*>
//const对象（可读不可写）：Reverse_iterator<const_iterator，const T&，const T*>
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{
typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
Iterator _it;
//构造
Reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{
}
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_it--;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_it++;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return *_it;
}
Ptr operator->()
{
return _it;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _it == s._it;
}
};
}
2.完整代码
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
namespace MyList
{
//节点设计成结构体,方便访问
template<typename T>
struct list_node
{
list_node(const T val = T())
:_data(val)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{
}
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
};
//迭代器
//这里设计模板参数除了迭代器，还有Ref(引用)和Ptr(指针)
//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
//普通对象（可读可写）：iterator<T, T&, T*>
//const对象（可读不可写）：const_iterator<T, const T&, const T*>
template<typename T, typename Ref, typename Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self; //要返回迭代器需要返回实例化对象，重命名一下
Node* _node;
__list_iterator(Node* p)
:_node(p)
{
}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
//返回指针可以让自定义类型自行打印，访问成员
//->操作符，比较特殊，it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
Ptr operator->()
{
return &(_node->_data);
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
//反向迭代器
//反向迭代器需要进行封装，其实就是复用普通迭代器，然后++和--操作反过来
//普通对象（可读可写）：Reverse_iterator<iterator，T&，T*>
//const对象（可读不可写）：Reverse_iterator<const_iterator，const T&，const T*>
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{
typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
Iterator _it;
Reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{
}
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_it--;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_it++;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return *_it;
}
Ptr operator->()
{
return _it;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _it == s._it;
}
};
template<typename 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;
typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef Reverse_iterator< const_iterator, const T&, const T*> reverse_const_iterator;
//迭代器部分
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rbegin()
{
return (--end());//_head->_prev
}
reverse_iterator rend()
{
return (end());//_head
}
reverse_const_iterator rbegin()const
{
return (--end());//_head->_prev
}
reverse_const_iterator rend()const
{
return (end());//_head
}
/// //
///
private:
//不希望外界调用，设计成私有
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
public:
//构造、析构部分
list()
{
empty_init();
}
list(size_t n, const T& value = T())
{
empty_init();
while (n--)
{
push_back(value);
}
}
//重载给内置类型使用,整形默认是int，不写这个会优先匹配list(Iterator first, Iterator last)
list(int n, const T& value = T())
{
empty_init();
while (n--)
{
push_back(value);
}
}
//迭代器区间初始化
template <class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
empty_init();
while(first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
//其它
void swap(list<T> lt)
{
std::swap(_size, lt._size);
std::swap(_head, lt._head);
}
//使用传之传参，直接拷贝一份交换操作的底层空间就好
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
/// /
/
//访问头，尾数据
T& front()
{
return _head->_next->_data;
}
const T& front()const
{
return _head->_next->_data;
}
T& back()
{
return _head->_prev->_data;
}
const T& back()const
{
return _head->_prev->_data;
}
/// //
///
//增加删除部分
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* newnode = new Node(val);
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
cur->_prev = newnode;
newnode->_next = cur;
newnode->_prev = prev;
prev->_next = newnode;
++_size;
return newnode;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
--_size;
return next;
}
//获取有效数据量
size_t size()
{
return _size;
}
private:
Node* _head; //这里存储卫兵节点，因为底层是双向循环链表，可以找到头和尾
size_t _size; //只需要在insert和erase里面加减就可以
};
}