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C++中的list.md

小小城
2021-08-22 / 0 评论 / 0 点赞 / 6 阅读 / 4,941 字 / 正在检测是否收录...
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本文最后更新于 2022-05-02,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

C++中的list

@[toc]

一、list简介

  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
  6. 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、list的底层结构示意图

在这里插入图片描述

  • 注意begin、end、rbegin、rend的位置 注意反向迭代器的打印方式

三、list的迭代器失效问题

  •  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
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 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
		it = l.erase(it);
	}
}

四、list模拟实现

namespace wolf
{
	// List的节点类
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode(const T& val = T())
		: _pPre(nullptr)
		, _pNext(nullptr)
		, _val(val)
		{}
		ListNode<T>* _pPre;
		ListNode<T>* _pNext;
		T _val;
	};

/*
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:
1. 原生态指针,比如:vector
2. 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:
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!=()
*/
	template<class T, class Ref, class Ptr>
	class ListIterator
	{
		typedef ListNode<T>* PNode;
		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
	public:
		ListIterator(PNode pNode = nullptr)
		: _pNode(pNode)
		{}
		ListIterator(const Self& l)
		: _pNode(l._pNode)
		{}
		T& operator*(){return _pNode->_val;}
		T* operator->(){return &(operator*());}
		Self& operator++()
		{
			_pNode = _pNode->_pNext;
			return *this;
		}
		Self operator++(int)
		{
			Self temp(*this);
			_pNode = _pNode->_pNext;
			return temp;
		}
		Self& operator--();
		Self& operator--(int);
		bool operator!=(const Self& l){return _pNode != l._pNode;}
		bool operator==(const Self& l){return _pNode != l._pNode;}
		PNode _pNode;
	};

	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;
	public:
///////////////////////////////////////////////////////////////
// List的构造
		list()
		{
			CreateHead();
		}
		list(int n, const T& value = T())
		{
			CreateHead();
			for (int i = 0; i < n; ++i)
				push_back(value);
		}
		template <class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator last)
		{
			CreateHead();
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		list(const list<T>& l)
		{
			CreateHead();
			// 用l中的元素构造临时的temp,然后与当前对象交换
			list<T> temp(l.cbegin(), l.cend());
			this->swap(temp);
		}
		list<T>& operator=(const list<T> l)
		{
			this->swap(l);
			return *this;
		}
		~list()
		{
			clear();
			delete _pHead;
			_pHead = nullptr;
		}
///////////////////////////////////////////////////////////////
		// List Iterator
		iterator begin(){return iterator(_pHead->_pNext);}
		iterator end(){return iterator(_pHead);}
		const_iterator begin(){return const_iterator(_pHead->_pNext);}
		const_iterator end(){return const_iterator(_pHead);}
///////////////////////////////////////////////////////////////
		// List Capacity
		size_t size()const;
		bool empty()const;
////////////////////////////////////////////////////////////
		// List Access
		T& front();
		const T& front()const;
		T& back();
		const T& back()const;
////////////////////////////////////////////////////////////
		// List Modify
		void push_back(const T& val){insert(begin(), 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
		iterator insert(iterator pos, const T& val)
		{
			PNode pNewNode = new Node(val);
			PNode pCur = pos._pNode;
			// 先将新节点插入
			pNewNode->_pPre = pCur->_pPre;
			pNewNode->_pNext = pCur;
			pNewNode->_pPre->_pNext = pNewNode;
			pCur->_pPre = pNewNode;
			return iterator(pNewNode);
		}
		// 删除pos位置的节点,返回该节点的下一个位置
		iterator erase(iterator pos)
		{
			// 找到待删除的节点
			PNode pDel = pos._pNode;
			PNode pRet = pDel->_pNext;
			// 将该节点从链表中拆下来并删除
			pDel->_pPre->_pNext = pDel->_pNext;
			pDel->_pNext->_pPre = pDel->_pPre;
			delete pDel;
			return iterator(pRet);
		}
		void clear();
		void swap(List<T>& l);
	private:
		void CreateHead()
		{
			_pHead = new Node;
			_pHead->_pPre = _pHead;
			_pHead->_pNext = _pHead;
		}
	private:
		PNode _pHead;
	};
}

五、vector和list的比较

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表
随 机 访 问支持随机访问,访问某个元素效率O(1)不支持随机访问,访问某个元素效率O(N)
插 入 和 删 除任意位置插入和删除效率低,需要搬移元素,时间复杂度为O(N),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插入和删除效率高,不需要搬移元素,时间复杂度为O(1)
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 器原生态指针对原生态指针(节点指针)进行封装
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

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