【C++】List

Ⅰ、list的介绍及使用

         1 .list的介绍

1.  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。
2.  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。
3.  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。
4.  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。
5.  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)

         2 .list的使用

下面了解一下list的一些常用接口：

• 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

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

 list modifiers

• 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);
 }
}

Ⅱ、list的模拟实现

list的底层结构就是一个带头双向循环链表，这个前面我们有讲过，详细可查看这篇文章：【数据结构】带头双向循环链表的实现及链表顺序表的区别-CSDN博客

这里主要讲迭代器的实现。

正向迭代器：

• 前面我们说，list的迭代器可以理解为指向某个节点的指针。在顺序表中，也确实是这样。
• 但是由于链表不是连续的，当迭代器 ++/--操作 的时候。就不能像在vector中那样直接指针直接 ++/--，我们需要自定义 ++/--操作 
• 这里我们就可以尝试封装一个类出来。将迭代器变为一个对象。类中存储的有指向当前节点的指针。

//这里为了能使const与非const迭代器共用一个类，我们加了两个参数 引用和指针

//使用普通迭代器的时候，传<T T& T*>，使用const迭代器的时候，传<T,const &,const *>

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
    typedef ListNode<T> node;
    typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> self;
//指向节点的指针
    ListNode<T>* _node;
    ListIterator(ListNode<T>* node) :_node(node) {}
//解引用的时候返回引用
    Ref operator*()
    {
        return _node->_data;
    }
//重载->时返回数据的地址
    Ptr operator->()
    {
        return &_node->_data;
    }
    //++x;
    self& operator++()
    {
        _node = _node->_next;
        return *this;
    }
    //x++
    self operator++(int)
    {
        self tmp(*this);
        _node = _node->_next;
        return tmp;
    }
    //--x
    self& operator--()
    {
        _node = _node->_prev;
        return *this;
    }
    //x--
    self operator--(int)
    {
        self tmp(*this);
        _node = _node->_prev;
        return tmp;
    }
    bool operator==(const self& it)
    {
        return _node == it._node;
    }
    bool operator!=(const self& it)
    {
        return _node != it._node;
    }
};

在list类中，实例化两个迭代器就行了

typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;
typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
        
        iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator cbegin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator cend()const
{
return _head;
}

反向迭代器：

• 方向迭代器与正向迭代器不同。他是站在一个更高的维度去思考问题。STL中的各种容器的迭代器几乎都只能自己使用。但是反向迭代器的出发点是所有容器都可以使用。
• 反向迭代器也是一个模板类。使用他的时候，传的不是普通类型，而是传入当前容器的正向迭代器。 
• 反向迭代器就复用了正向迭代器的代码。

//将正向迭代器传过来
    template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
struct riterator
{
typedef riterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
//反向迭代器装的是正向迭代器对象，而不是指针
Iterator _it;

riterator(Iterator it) :_it(it) {}
//解引用的时候，访问的是当前节点前面节点的数据。这里就需要拷贝构造一个前面对象
Ref operator*()
{
Iterator tmp(_it);
return *(--tmp);
}

Ptr operator->()
{
            //这里不能直接用->，因为我们访问的是前一个节点
//return _it.operator->();
            
            return &(operator*());//注意要写operator
}
self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
self& operator++(int)
{
self tmp(_it);
--_it;
return tmp;
}
self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
self& operator--(int)
{
self tmp(_it);
++_it;
return tmp;
}
bool operator!=(const  self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const self &s)
{
return _it == s._it;
}
};

list里面需要实例化反向迭代器：

typedef riterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;

        reverse_iterator rbegin()
{
return end();
}
reverse_iterator rend()
{
return begin();
}

下面的是总体代码：

template<class T>
class List
{
void Init()
{
_head = new ListNode<T>();
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
_size = 0;
}
public:
typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;
typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
typedef riterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
//typedef ConstListIterator<T> Const_iterator;

/
        // List的构造
List()
{
Init();
}
list(initializer_list<T> il)
{
Init();

for (auto& e : il)
{
push_back(e);
}
}
List(int n, const T& value = T())
{
Init();
int cnt = n;
while (cnt--)
push_back(value);
}

        template <class Iterator>
List(Iterator first, Iterator last)
{
Init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
List(const List<T>& l)//这里要注意
{
Init();
//for (auto e : l)//这个方法在cbegin的时候用不了
//push_back(e);
List<T> tmp(l.cbegin(), l.cend());
swap(tmp);
}
List<T>& operator=(const List<T>& l)
{
Init();
swap(l);
return *this;
}

//迭代器相关
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator cbegin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator cend()const
{
return _head;
}
reverse_iterator rbegin()
{
return end();
}
reverse_iterator rend()
{
return begin();
}
//尾插的传统方法
//void Push_back(const T& data)
//{
//ListNode<T>* newnode = new ListNode<T>(data);
//newnode->_next = _head;
//_head->_prev->_next = newnode;
//newnode->_prev = _head->_prev;
//_head->_prev = newnode;
//}
// 在pos位置前插入值为val的节点
void Insert(iterator _pos, const T& data)
{
ListNode<T>* pos = _pos._node;
ListNode<T>* newnode = new ListNode<T>(data);
newnode->_prev = pos->_prev;
pos->_prev->_next = newnode;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
_size++;
}
//删除pos位置
iterator Erase(iterator _pos)
{
ListNode<T>* pos = _pos._node;
ListNode<T>* prev = pos->_prev;
ListNode<T>* next = pos->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
_size--;
delete pos;
return next;
}
iterator find(const T&data)
{
auto it = begin();
while(it!=end())
{
if (data == *it)
return it;
it++;
}
return end();
}
///
        // List Capacity
size_t size()const
{
return _size;
}
bool empty()const
{
return _size == 0;
}


        
        // List Access
T& front()
{
assert(!empty());
return *begin();
}
const T& front()const
{
assert(!empty());

return *begin();
}
T& back()
{
assert(!empty());

return *(--end());
}
const T& back()const
{
assert(!empty());

return *(--end());
}


        
        // 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());
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = Erase(it);
_size--;
}
}
void swap(List<T>& l)
{
std::swap(l._head, _head);
std::swap(l._size, _size);
}


~List() 
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
private:
ListNode<T>* _head;
size_t _size;
};
struct data {
int _a1;
int _a2;
data(int x = 0, int y = 0)
:_a1(x), _a2(y) {};
};

   

原文地址：https://blog.csdn.net/2301_77438812/article/details/142765955

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