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【C++】一篇文章带你深入了解list

9 人参与  2024年04月28日 17:35  分类 : 《关注互联网》  评论

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一、list的介绍二、 标准库中的list类2.1 list的常见接口说明2.1.1 list对象的常见构造2.1.1.1 [无参构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/list/)2.1.1.2 [有参构造函数(构造并初始化n个val)](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/list/)2.1.1.3 [有参构造函数(使用迭代器进行初始化构造)](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/list/)2.1.1.4 [拷贝构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/list/) 2.1.2 list iterator的使用2.1.2.1 [begin()](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/begin/) + [end()](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/end/)2.1.2.2 [rbegin()](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/rbegin/) + [rend()](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/rend/) 2.1.3 list对象的容量操作2.1.3.1 [empty()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/empty/)2.1.3.2 [size()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/size/) 2.1.4 list对象的增删查改及访问2.1.4.1 [push_front()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/push_front/)2.1.4.2 [pop_front()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/pop_front/)2.1.4.3 [push_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/push_back/)2.1.4.4 [pop_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/pop_back/)2.1.4.5 [insert()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/insert/)2.1.4.6 [erase()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/erase/)2.1.4.7 [swap()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/swap/)2.1.4.8 [clear()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/clear/)2.1.4.9 [front()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/front/) + [back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/back/) 2.1.5 list的迭代器失效 三、list的模拟实现3.1 list 节点类的实现3.2 list 中默认成员函数的实现3.3 list 中 size、empty 和 swap 函数的实现3.4 list 中 迭代器类 的实现3.5 list 中 迭代器 、 范围构造函数 和 clear 函数 的实现3.6 list 中 insert 和 erase 的实现3.7 list 中 push_back、pop_back、push_front 和 pop_front 函数的实现3.8 list 中 反向迭代器类 和 反向迭代器 的实现3.9 list 实现汇总及函数测试 四、 list 与 vector 的对比结尾

一、list的介绍

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。list的底层是双向链表结构,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。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。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。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)

二、 标准库中的list类

2.1 list的常见接口说明

2.1.1 list对象的常见构造

2.1.1.1 无参构造函数
list();
int main(){list<int> l;return 0;}

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2.1.1.2 有参构造函数(构造并初始化n个val)
list (size_type n, const value_type& val = value_type());
int main(){list<int> l(5, 4);return 0;}

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2.1.1.3 有参构造函数(使用迭代器进行初始化构造)
template <class InputIterator>  list (InputIterator first, InputIterator last);
int main(){string s("Love");list<int> l(s.begin(), s.end());return 0;}

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2.1.1.4 拷贝构造函数
list (const list& x);
int main(){list<int> l1(5,6);list<int> l2(l1);return 0;}

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2.1.2 list iterator的使用

2.1.2.1 begin() + end()
  iterator begin();const_iterator begin() const;获取第一个数据位置的iterator/const_iterator   iterator end();const_iterator end() const;获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
int main(){list<int> l;for (int i = 0; i < 10; i++){l.push_back(i);}list<int>::iterator it = l.begin();while (it != l.end()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;}

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2.1.2.2 rbegin() + rend()
  reverse_iterator rbegin();const_reverse_iterator rbegin() const;获取最后一个数据位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator   reverse_iterator rend();const_reverse_iterator rend() const;获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator 
int main(){list<int> l;for (int i = 0; i < 10; i++){l.push_back(i);}list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin();while (it != l.rend()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;}

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注意:

beginend为正向迭代器,对迭代器执行++操作,迭代器向后移动rbeginrend为反向迭代器,对迭代器执行++操作,迭代器向前移动

2.1.3 list对象的容量操作

2.1.3.1 empty()函数
bool empty() const;         判断是否为空
int main(){list<int> l;cout << l.empty() << endl;l.push_back(1);cout << l.empty() << endl;return 0;}

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2.1.3.2 size()函数
size_type size() const;      获取数据个数
int main(){list<int> l;cout << l.size() << endl;for (int i = 0; i < 10; i++){l.push_back(i);}cout << l.size() << endl;return 0;}

2.1.4 list对象的增删查改及访问

2.1.4.1 push_front()函数
void push_front (const value_type& val);  头插
int main(){list<int> l;l.push_front(1);l.push_front(2);l.push_front(3);l.push_front(4);for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.2 pop_front()函数
void pop_front();  头删

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2.1.4.3 push_back()函数
void push_back (const value_type& val);   尾插
int main(){list<int> l;l.push_back(1);l.push_back(2);l.push_back(3);l.push_back(4);for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.4 pop_back()函数
void pop_back();  尾删
int main(){list<int> l;l.push_back(1);l.push_back(2);l.push_back(3);l.push_back(4);for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;l.pop_back();for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.5 insert()函数
iterator insert (iterator position, const value_type& val);insert()函数能够在position之前插入val,并返回插入数据位置的 iterator void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);insert()函数能够在position之前插入 n 个 val             template <class InputIterator>void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据       
int main(){list<int> l;string s("Love");l.push_back(1);l.push_back(2);for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;// insert()函数能够在position之前插入val,并返回插入数据位置的 iterator cout << *(l.insert(l.begin(), 20)) << endl;for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;// insert()函数能够在position之前插入 n 个 val        l.insert(++l.begin() , 3 ,30);for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;// insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据       l.insert(++l.begin(), s.begin() , s.end());for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.6 erase()函数
iterator erase (iterator position);erase()函数能够删除在position位的的数据,并返回删除数据后面数据位置的 iteratoriterator erase (iterator first, iterator last);erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据,并返回删除数据后面数据位置的 iterator             
int main(){list<int> l;for (int i = 0; i < 10; i++){l.push_back(i);}cout << endl;for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;// erase()函数能够删除在position位的的数据// 并返回删除数据后面数据位置的 iteratorcout << *(l.erase(l.begin())) << endl;for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;// erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据// 并返回删除数据后面数据位置的 iterator        cout << *(l.erase(++l.begin(),--l.end())) << endl;for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.7 swap()函数
void swap (list& x);交换两个list的数据空间
int main(){list<int> l1(4, 10);list<int> l2(5, 5);for (auto e : l1){cout << e << ' ';}cout << endl;for (auto e : l2){cout << e << ' ';}cout << endl;l1.swap(l2);for (auto e : l1){cout << e << ' ';}cout << endl;for (auto e : l2){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.1.4.8 clear()函数
void clear();清除list中的有效数据
int main(){list<int> l(4, 10);cout << l.size() << endl;l.clear();cout << l.size() << endl;return 0;}

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2.1.4.9 front()函数 + back()函数
访问list中的第一个数据  reference front();const_reference front() const;访问list中的最后一个数据   reference back();const_reference back() const;
int main(){list<int> l;for (int i = 0; i < 10; i++){l.push_back(i);}cout << "front:" << l.front() << endl;cout << "back:" << l.back() << endl;return 0;}

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2.1.5 list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。

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l.erase(it);++it;}return 0;}// 改正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()){l.erase(it++); // it = l.erase(it);}}

三、list的模拟实现

3.1 list 节点类的实现

namespace aj{    // List的节点类    template<class T>    struct ListNode    {        ListNode(const T& val = T())            :_val(val)        {}        ListNode<T>* _prev = nullptr;        ListNode<T>* _next = nullptr;        T _val;    };};

3.2 list 中默认成员函数的实现

namespace aj{    //list    template<class T>    class list    {        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;        public:        // List的构造        list()        {            CreateHead();        }        // 构造并用n个val初始化        list(int n, const T& value = T())        {            CreateHead();            while (n--)            {                push_back(value);            }        }        // 链表的拷贝构造        // list(const list<T>& l)        list(list<T>& l)        {            CreateHead();            for (auto e : l)            {                push_back(e);            }        }        list<T>& operator=(const list<T> l)        {            swap(l);            return *this;        }        ~list()        {            clear();            delete _head;            _head = nullptr;        }        void swap(list<T>& l)        {            std::swap(_head, l._head);            std::swap(_size, l._size);        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.3 list 中 size、empty 和 swap 函数的实现

namespace aj{    template<class T>    class list    {        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        size_t size()const        {            return size;        }        bool empty()const        {            return _head->_next == _head && _head->_prev == _head;        }        void swap(list<T>& l)        {            std::swap(_head, l._head);            std::swap(_size, l._size);        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.4 list 中 迭代器类 的实现

namespace aj{    //List的迭代器类    //template<class T>    template<class T, class Ref, class Ptr>    struct ListIterator    {        typedef ListNode<T>* PNode;        typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;        // 成员变量        PNode _pNode;    public:        // 迭代器的构造函数        ListIterator(PNode pNode = nullptr)            :_pNode(pNode)        {}        Ref operator*()        {            return _pNode->_val;        }        Ptr operator->()        {            return &(_pNode->_val);        }        Self& operator++()        {            _pNode = _pNode->_next;            return *this;        }        Self operator++(int)        {            Self tmp(*this);            ++* this;            return tmp;        }        Self& operator--()        {            _pNode = _pNode->_prev;            return *this;        }        Self operator--(int)        {            Self tmp(*this);            --* this;            return tmp;        }        bool operator!=(const Self& l)        {            return _pNode != l._pNode;        }        bool operator==(const Self& l)        {            return _pNode == l._pNode;        }    };};

3.5 list 中 迭代器 、 范围构造函数 和 clear 函数 的实现

namespace aj{    template<class T>    class list    {        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;        template <class Iterator>        list(Iterator first, Iterator last)        {            CreateHead();            while (first != last)            {                push_back(first._pNode->_val);                ++first;            }        }                // List Iterator        iterator begin()        {            // return iterator(_head->_next);            return _head->_next;        }        iterator end()        {            // return iterator(_head);            return _head;        }        const_iterator begin()const        {            return _head->_next;        }        const_iterator end()const        {            return _head;        }        void clear()        {            list<T>::iterator lit = begin();            while (lit != end())            {                lit = erase(lit);            }        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.6 list 中 insert 和 erase 的实现

namespace aj{    template<class T>    class list    {        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;                // 在pos位置前插入值为val的节点,返回插入新节点的位置        iterator insert(iterator pos, const T& val)        {            // 通过迭代器找到所需的节点指针            Node* cur = pos._pNode;            Node* prev = cur->_prev;            // 创建新的节点            Node* newnode = new Node(val);            // 节点间相互连接            newnode->_prev = prev;            prev->_next = newnode;            cur->_prev = newnode;            newnode->_next = cur;            // 节点数量++            _size++;            //return iterator(newnode);            return newnode;        }        // 删除pos位置的节点,返回该节点的下一个位置        iterator erase(iterator pos)        {            assert(_size > 0);            // 找到所需要的节点指针            Node* cur = pos._pNode;            Node* next = cur->_next;            Node* prev = cur->_prev;            // 节点相互连接            next->_prev = prev;            prev->_next = next;            // 删除节点            delete cur;            cur = nullptr;            // 减少节点数目            --_size;            // 返回删除节点的下一个位置            // return iterator(next);            return next;        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.7 list 中 push_back、pop_back、push_front 和 pop_front 函数的实现

namespace aj{    template<class T>    class list    {    public:        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;                void push_back(const T& val) { insert(end(), val); }        void pop_back() { erase(--end()); }        void push_front(const T& val) { insert(begin(), val); }        void pop_front() { erase(begin()); }    private:        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.8 list 中 反向迭代器类 和 反向迭代器 的实现

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。

注意:反向迭代器类可以被所有的容器封装成反向迭代器使用。

下面两种反向迭代器的实现虽然不同,但是功能是相同的。反向迭代器类的实现不同,那么对应封装迭代器的时候也要做出相应的改变。

在这里插入图片描述

reverse_iterator.h 反向迭代器非对称版本
#pragma once// 不对称版本namespace aj{// 适配器 -- 复用template<class Iterator, class Ref, class Ptr>struct Reverse_iterator{typedef Reverse_iterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;Reverse_iterator(const Iterator& it):_it(it){}Ref operator*(){return *_it;}Ptr operator->(){return _it.operator->();}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;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}bool operator==(const Self& s){return _it == s._it;}Iterator _it;};}
list.h 反向迭代器非对称版本
#include"reverse_iterator.h"namespace aj{    template<class T>    class list    {    public:        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        // typedef ListIterator<T> iterator;        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;        typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;        typedef Reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;    public:         // reverse_iterator 不对称版本        reverse_iterator rbegin()        {            // return iterator(_head->_next);            return --end();    //这里可以使用--end()也可以使用end()-1,但是没有写operator-()        }                      //这里就使用--end(),这里能使用--end()的原因是                               //end()返回传值返回的自定义类型的临时对象,具有常性,是常量                               //但是这里有编译器的特殊处理                               //使得const对象可以调用非const成员函数        reverse_iterator rend()        {            // return iterator(_head);            return end();        }        const_reverse_iterator rbegin()const        {            return --end();        }        const_reverse_iterator rend()const        {            return end();        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};
reverse_iterator.h 反向迭代器对称版本
#pragma once// 对称版本namespace aj{// 适配器 -- 复用template<class Iterator, class Ref, class Ptr>struct Reverse_iterator{typedef Reverse_iterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;Reverse_iterator(const Iterator& it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp(_it);return *--tmp;}Ptr operator->(){return --_it.operator->();}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;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}bool operator==(const Self& s){return _it == s._it;}Iterator _it;};}
list.h 反向迭代器对称版本
#include"reverse_iterator.h"namespace aj{    template<class T>    class list    {    public:        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        // typedef ListIterator<T> iterator;        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;        typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;        typedef Reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;    public:        // reverse_iterator 对称版本        reverse_iterator rbegin()        {            // return iterator(_head->_next);            return end();        }        reverse_iterator rend()        {            // return iterator(_head);            return begin();        }        const_reverse_iterator rbegin()const        {            return end();        }                const_reverse_iterator rend()const        {            return begin();        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;            _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };};

3.9 list 实现汇总及函数测试

reverse_iterator.h
#pragma once// 不对称版本//namespace aj//{//// 适配器 -- 复用//template<class Iterator, class Ref, class Ptr>//struct Reverse_iterator//{//typedef Reverse_iterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;////Reverse_iterator(const Iterator& it)//:_it(it)//{}////Ref operator*()//{//return *_it;//}////Ptr operator->()//{//return _it.operator->();//}////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;//}////bool operator!=(const Self& s)//{//return _it != s._it;//}////bool operator==(const Self& s)//{//return _it == s._it;//}//Iterator _it;//};//}// 对称版本namespace aj{// 适配器 -- 复用template<class Iterator, class Ref, class Ptr>struct Reverse_iterator{typedef Reverse_iterator<Iterator,Ref,Ptr> Self;Reverse_iterator(const Iterator& it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp(_it);return *--tmp;}Ptr operator->(){return --_it.operator->();}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;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}bool operator==(const Self& s){return _it == s._it;}Iterator _it;};}
list.h
#pragma once#include<iostream>#include<assert.h>#include <string>#include <vector>using namespace std;#include"reverse_iterator.h"namespace aj{    // List的节点类    template<class T>    struct ListNode    {        ListNode(const T& val = T())            :_val(val)        {}        ListNode<T>* _prev = nullptr;        ListNode<T>* _next = nullptr;        T _val;    };    //List的迭代器类    //template<class T>    template<class T, class Ref, class Ptr>    struct ListIterator    {        typedef ListNode<T>* PNode;        typedef ListIterator<T ,Ref , Ptr> Self;    // 成员变量        PNode _pNode;        // typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;    public:        // 迭代器的构造函数        ListIterator(PNode pNode = nullptr)            :_pNode(pNode)        {}        Ref operator*()        {            return _pNode->_val;        }        Ptr operator->()        {            return &(_pNode->_val);        }        Self& operator++()        {            _pNode = _pNode->_next;            return *this;        }        Self operator++(int)        {            Self tmp(*this);            ++* this;            return tmp;        }        Self& operator--()        {            _pNode = _pNode->_prev;            return *this;        }        Self operator--(int)        {            Self tmp(*this);            --* this;            return tmp;        }        bool operator!=(const Self& l)        {            return _pNode != l._pNode;        }        bool operator==(const Self& l)        {            return _pNode == l._pNode;        }    };    //list类    template<class T>    class list    {    public:        typedef ListNode<T> Node;        typedef Node* PNode;    public:        // typedef ListIterator<T> iterator;        typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;        typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;        typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;        typedef Reverse_iterator<const_iterator,const T&,const T*> const_reverse_iterator;    public:        ///        // List的构造        list()        {            CreateHead();        }        list(int n, const T& value = T())        {            CreateHead();            while (n--)            {                push_back(value);            }        }        template <class Iterator>        list(Iterator first, Iterator last)        {            CreateHead();            while (first != last)            {                push_back(first._pNode->_val);                ++first;            }        }        // 链表的拷贝构造        // list(const list<T>& l)        list(list<T>& l)        {            CreateHead();            for (auto e : l)            {                push_back(e);            }        }        //list<T>& operator=(const list<T> l)                     list<T>& operator=(list<T> l)        {            swap(l);            return *this;        }        ~list()        {            clear();            delete _head;            _head = nullptr;        }        ///        // List Iterator        iterator begin()        {            // return iterator(_head->_next);            return _head->_next;        }        iterator end()        {            // return iterator(_head);            return _head;        }        const_iterator begin()const        {            return _head->_next;        }        const_iterator end()const        {            return _head;        }         reverse_iterator 不对称版本        //reverse_iterator rbegin()        //{        //    // return iterator(_head->_next);        //    return --end();    //这里可以使用--end()也可以使用end()-1,但是没有写operator-()        //}                      //这里就使用--end(),这里能使用--end()的原因是        //                       //end()返回传值返回的自定义类型的临时对象,具有常性,是常量        //                       //但是这里有编译器的特殊处理        //                       //使得const对象可以调用非const成员函数                                         //reverse_iterator rend()        //{        //    // return iterator(_head);        //    return end();        //}        //const_reverse_iterator rbegin()const        //{        //    return --end();        //}        //const_reverse_iterator rend()const        //{        //    return end();        //}        // reverse_iterator 对称版本        reverse_iterator rbegin()        {            // return iterator(_head->_next);            return end();        }        reverse_iterator rend()        {            // return iterator(_head);            return begin();        }        const_reverse_iterator rbegin()const        {            return end();        }        const_reverse_iterator rend()const        {            return begin();        }        ///        // List Capacity        size_t size()const        {            return size;        }        bool empty()const        {            return _head->_next == _head && _head->_prev == _head;         }                // List Access        T& front()        {            assert(_head->_next != _head);            return _head->_next->_val;        }        const T& front()const        {            assert(_head->_next != _head);            return _head->_next->_val;        }        T& back()        {            assert(_head->_prev != _head);            return _head->_prev->_val;        }        const T& back()const        {            assert(_head->_prev != _head);            return _head->_prev->_val;        }                // List Modify        void push_back(const T& val) { insert(end(), val); }        void pop_back() { erase(--end()); }        void push_front(const T& val) { insert(begin(), val); }        void pop_front() { erase(begin()); }        // 在pos位置前插入值为val的节点,返回插入新节点的位置        iterator insert(iterator pos, const T& val)        {            // 通过迭代器找到所需的节点指针            Node* cur = pos._pNode;            Node* prev = cur->_prev;            // 创建新的节点            Node* newnode = new Node(val);            // 节点间相互连接            newnode->_prev = prev;            prev->_next = newnode;            cur->_prev = newnode;            newnode->_next = cur;            // 节点数量++            _size++;            //return iterator(newnode);            return newnode;        }        // 删除pos位置的节点,返回该节点的下一个位置        iterator erase(iterator pos)        {            assert(_size > 0);            // 找到所需要的节点指针            Node* cur = pos._pNode;            Node* next = cur->_next;            Node* prev = cur->_prev;            // 节点相互连接            next->_prev = prev;            prev->_next = next;            // 删除节点            delete cur;            cur = nullptr;            // 减少节点数目            --_size;            // 返回删除节点的下一个位置            // return iterator(next);            return next;        }        void clear()        {            list<T>::iterator lit = begin();            while (lit != end())            {                lit = erase(lit);            }        }        void swap(list<T>& l)        {            std::swap(_head, l._head);            std::swap(_size, l._size);        }    private:        void CreateHead()        {            _head = new Node();            _head->_next = _head;             _head->_prev = _head;            _size = 0;        }        PNode _head;    // 头结点        int _size;      // 记录链表中节点的个数    };    struct AA    {        AA(int a1 = 0 , int a2 = 0)            :_a1(a1)            ,_a2(a2)        {}        int _a1;        int _a2;    };    //template<class T>    //void print_list(const list<T>& l)    //{    //    // list<T>未实例化的类模板,编译器不能去他里面去找    //    // 那么编译器就无法确定这里的    //    // const_iterator是静态变量还是内嵌类型    //    // 加上typename就相当于告诉编译器这里是内嵌类型    //    // 等list<T>初始化后再到类中去取    //    typename list<T>::const_iterator it = l.begin();    //    while (it != l.end())    //    {    //        cout << *it << ' ';    //        ++it;    //    }    //    cout << endl;    //}    template<class Container>    void print_container(const Container& l)    {        typename Container::const_iterator it = l.begin();        while (it != l.end())        {            cout << *it << ' ';            ++it;        }        cout << endl;    }///    // 测试无参构造、n个val的构造、迭代器区间构造    void test_list1()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        l.push_back(4);        l.push_back(5);        list<int> l1(10, 20);        list<int> l2(++l1.begin(), --l1.end());        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        for (auto e : l1)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        for (auto e : l2)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;    }    // 测试 insert push_back push_front    // 测试 iterator 范围for    // 测试 operator !=  operator*     void test_list2()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        l.push_back(4);        l.push_back(5);        l.push_front(10);        l.push_front(20);        list<int>::iterator lit = l.begin();        while (lit != l.end())        {            cout << *lit << ' ';            ++lit;        }        cout << endl;        for (auto& e : l)        {            e += 10;            cout << e << ' ';        }        cout << endl;    }    // 测试 erase pop_back pop_front    void test_list3()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        l.push_back(4);        l.push_back(5);        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        l.pop_back();        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        l.pop_front();        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;    }    // 测试 operator++  operator++(int)    // 测试 operator--  operator--(int)    void test_list4()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        l.push_back(4);        l.push_back(5);        list<int>::iterator lit1 = l.begin();        cout << *(lit1++) << endl;        cout << *(++lit1) << endl;        list<int>::iterator lit2 = l.end();        cout << *(--lit2) << endl;        cout << *(lit2--) << endl;        cout << endl;    }    // 测试 operator==  operator!=    void test_list5()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        l.push_back(4);        l.push_back(5);        list<int>::iterator lit = l.end();        cout << (lit == lit) << endl;        cout << (lit != lit) << endl;        cout << endl;    }    void test_list6()    {        list<int> l;        l.push_back(1);        l.push_back(2);        l.push_back(3);        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        cout << l.front() << ' ' << l.back() << endl;        l.pop_back();        l.pop_front();        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        cout << l.front() << ' ' << l.back() << endl;        l.pop_back();        l.pop_front();        for (auto e : l)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        cout << l.front() << ' ' << l.back() << endl;    }    // 测试 operator->    void test_list7()    {        list<AA> l1;        l1.push_back(AA(1, 1));        l1.push_back(AA(2, 2));        l1.push_back(AA(3, 3));        l1.push_back(AA(4, 4));        list<AA>::iterator it = l1.begin();        while (it != l1.end())        {            cout << it->_a1 << ' ' << it->_a2 << endl;            ++it;        }    }    // 测试拷贝构造和赋值重载      void test_list8                                                                      ()    {        list<int> l1;        l1.push_back(1);        l1.push_back(2);        l1.push_back(3);        l1.push_back(4);        // 拷贝构造l2        list<int> l2(l1);        // 输出l1和l2的值        for (auto e : l1)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        for (auto e : l2)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        // l2中的值都*10,并输出        for (auto& e : l2)        {            e *= 10;            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        // 将l2赋值给l1        l1 = l2;        // 输出l1和l2的值        for (auto e : l1)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;        for (auto e : l2)        {            cout << e << ' ';        }        cout << endl;    }    // 测试print_container    void test_list9()    {        list<int> l1;        l1.push_back(1);        l1.push_back(2);        l1.push_back(3);        l1.push_back(4);        print_container(l1);        list<string> l2;        l2.push_back("1111111111111111111");        l2.push_back("2222222222222222222");        l2.push_back("3333333333333333333");        l2.push_back("4444444444444444444");        print_container(l2);        vector<string> v;        v.push_back("1111111111111111111");        v.push_back("2222222222222222222");        v.push_back("3333333333333333333");        v.push_back("4444444444444444444");        print_container(v);    }    void test_list10()    {        list<int> l1;        l1.push_back(1);        l1.push_back(2);        l1.push_back(3);        l1.push_back(4);        list<int>::reverse_iterator it = l1.rbegin();        while (it != l1.rend())        {            cout << *it << ' ';            ++it;        }        cout << endl;    }};

四、 list 与 vector 的对比

vectorlist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:

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
访问支持随机访问,访问某个元素的效率O(1)不支持随机访问,访问某个元素的效率为O(N)
插入和删除头部和中部的插入效率低,因为需要移动大量数据,效率为O(N),尾插和尾删的效率高,效率为O(1) 。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的插入和删除效率高,不需要移动数据,效率为O(N)
空间利用率底层为连续空间,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 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

结尾

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