C++初阶学习第十一弹——探索STL奥秘（六）——深度刨析list的用法和核心点
前言：
在前面，我们已经学习了STL中的string和vector，现在就来讲解STL中的最后一个部分——list的使用及其相关知识点，先说明一点，因为我们之前已经讲过了string和vector的接口函数等用法，list的这些用法与它们相差不大，所以我们讲解的重心就不再是如何使用list上，而是后面list的模拟实现和一些细节点
目录
一、list的使用
1.1 list的简单接口函数
首先我们需要先明确list的底部实际上是类似一个带头双向链表的，结构如下图所示：
因此list非常便于插入和删除数据，下面我们就先来看一下list的一些重要的接口函数
初始化列表：
std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4, 5};通过迭代器访问元素：
std::list<int>::iterator it = myList.begin();
while (it != myList.end()) {
std::cout << *it << std::endl;
++it;
}在链表尾部插入元素：
myList.push_back(6);在链表头部插入元素：
myList.push_front(0);删除元素：
myList.remove(3); // 删除值为3的元素
myList.erase(it); // 删除迭代器指向的元素排序链表：
myList.sort();反转链表：
myList.reverse();上面这些就是list经常使用的一些接口函数，没啥难度，有不理解的地方可以私信我或者到网上搜一下
1.2 list的注意事项
- 迭代器失效： 在
list进行插入和删除操作时，不仅操作的元素所在的迭代器会失效，所有指向链表的迭代器、指针和引用都会失效。因此，在进行操作后，需要重新获取有效的迭代器。（vector的使用也要注意这个问题）- 内存效率：
list的内存效率相对较高，因为它不需要像数组那样连续分配内存，但是它的插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，这是因为链表的每个元素都需要存储指向前后节点的指针。- 没有容量概念：
list没有容量(capacity)这个概念，它总是根据需要动态分配内存。- 元素唯一性：
list中的元素是不重复的，如果尝试插入已经存在的元素，该元素将被覆盖。- 操作顺序： 由于
list是双向链表，因此插入和删除操作会保持元素的相对顺序，即元素在链表中的位置不会改变。
使用list时，应该根据具体需求选择合适的操作，并注意迭代器的管理，以确保程序的正确性。
特别强调一下迭代器失效的问题，list的迭代器失效问题一般只有在删除元素的时候会出现，因为它插入数据的时候都是开辟的新空间，不同数据之间一般不是连接在一起的
二、list的模拟实现
list的模拟实现上与前面的vector和string也极为相似，这里我们主要想讲一下list的迭代器的模拟实现，首先我们要知道，因为我们期待迭代器能像指针那样发挥作用，所以它的模拟实现需要包含以下几点：
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)
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--
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!=()
list迭代器也要分为两种：正向迭代器和反向迭代器
因为list正反向迭代器的应用都要实现，所以还是比较麻烦的，下面我们直接来看一下实现
#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>
namespace zda
{
// List的节点类
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val = T())
: _prev(nullptr)
, _next(nullptr)
, _val(val)
{}
ListNode<T>* _prev;
ListNode<T>* _next;
T _val;
};
//正向迭代器
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;
};
//反向迭代器
template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
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;
};
}
三、list和vector的区别
1、任意位置插入删除时：list可以随意插入删除，但是vector任意位置的插入删除效率低，需要挪动元素，尤其是插入时有时候需要异地扩容，就需要开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，效率很低
2、访问元素时：vector支持随机访问，但是list不支持随机访问3、迭代器的使用上：vector可以使用原生指针，但是list需要对原生指针进行封装4、空间利用上：vector使用的是一个连续的空间，空间利用率高，而list使用的是零碎的空间，空间利用率低
四、总结
以上就是学习list的一些重点内容和基本操作，这些内容当然是不全的，剩下有很多内容需要自己再去学习一下，后期我也会有针对的再加一些内容进来
原文地址：https://blog.csdn.net/2301_80220607/article/details/139332446
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