摘要:本文介绍了的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,包括迭代器的实现。与为反向迭代器,对迭代器执行操作,迭代器向前移动。
本文介绍了list的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,包括list迭代器的实现。
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list 容器,又称双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着,list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。结构如图。
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。最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问,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;list还需要一些额外的空间,以保存每个节点的相关联信息。
构造函数( (constructor)) | 接口说明 |
---|---|
list() | 构造空的list |
list (size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造的list中包含n个值为val的元素 |
list (const list& x) | 拷贝构造函数 |
list (InputIterator first, InputIterator last) | 用[first, last)区间中的元素构造list |
#include #include int main (){ std::list a; // 构造空的a std::list b (4,1); // b中放4个值为100的元素 std::list c (b.begin(), b.end()); // 用b的[begin(), end())左闭右开的区间构造c std::list d (c); // 用c拷贝构造d // 以数组为迭代器区间构造e int array[] = {16,2,77,29}; std::list e (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) ); // 用迭代器方式打印e中的元素 for(std::list::iterator it = e.begin(); it != e.end(); it++) std::cout << *it << " "; std::cout<
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
begin + end | 返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器 |
rbegin + rend | 返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置,返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator,即begin位置 |
begin与end为正向迭代器,对迭代器执行++操作,迭代器向后移动。
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。
#include using namespace std;#include void print_list(const list& l){ // 注意这里调用的是list的 begin() const,返回list的const_iterator对象 for (list::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) { cout << *it << " "; // *it = 10; 编译不通过 } cout << endl;}int main(){ int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 }; list l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0])); // 使用正向迭代器正向list中的元素 for (list::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) cout << *it << " "; cout << endl; // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素 for (list::reverse_iterator it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it) cout << *it << " "; cout << endl; return 0;}
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
empty | 检测list是否为空,是返回true,否则返回false |
size | 返回list中有效节点的个数 |
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
front | 返回list的第一个节点中值的引用 |
back | 返回list的最后一个节点中值的引用 |
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
pop_front | 删除list中第一个元素 |
push_back | 在list尾部插入值为val的元素 |
pop_back | 删除list中最后一个元素 |
insert | 在list position 位置中插入值为val的元素 |
erase | 删除list position位置的元素 |
swap | 交换两个list中的元素 |
clear | 清空list中的有效元素 |
此处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。
vector | list | |
---|---|---|
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 | |
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 |
list的模拟实现十分有趣,这里需要注意,list本身和list的节点是不同的结构,所以需要分开设计。成员都是只需浅拷贝,所以拷贝构造,析构 ,重载 = 都可以使用默认。
list iterator也需要多带带设计,因为原生指针已经无法满足迭代器需求,所以需要封装,让它像一个指针一样完成访问操作。
通过template
#include #include #include #include #include #include using namespace std;namespace Zht{ template struct _list_node //list本身和list的节点是不同的结构,所以需要分开设计,这里是list节点的结构 { T val; //数据 _list_node* _next; //下一个节点指针 _list_node* _prev; //上一个 _list_node(const T& val = T()) //构造节点 :val(val) //传的参 ,_prev(nullptr) ,_next(nullptr) { } }; template struct _list_iterator { typedef _list_node node; typedef _list_iterator self; node* _pnode; //迭代器本质上是指针 _list_iterator(node* pnode) //构造函数 :_pnode(pnode) { } //这里,成员都是只需浅拷贝,所以拷贝构造,析构 ,重载 = 都可以使用默认 Ref operator*() //重载*,通过Ref灵活的调整const和普通。 { return _pnode->val; } bool operator!=(const self& s) const { return _pnode != s._pnode; } bool operator==(const self& s) const { return _pnode == s._pnode; } self& operator++() //++就是指向下一个节点 { _pnode = _pnode->_next; return *this; } self operator++(int) //C++规定后缀调用需要有一个int型参数作为区分前缀与后缀调用的区别 { self tmp (*this); ++*this; return tmp; //*this++后++ } self& operator--() { _pnode = _pnode->_prev; return *this; } self operator--(int) { self tmp (*this); --*this; return tmp; } Ptr operator->() { return &(operator*()); } }; template class list { typedef _list_node node; public: typedef _list_iterator iterator; typedef _list_iterator const_iterator; list() //构造函数,构造哨兵位 { _head = new node; //开一个节点 _head->_next = _head; //初始化节点 _head->_prev = _head; } template list(Iterator first, Iterator last) { _head = new node; _head->_next = _head; _head->_prev = _head; while(first != last) { push_back(*first); first++; } } list(const list& It) { _head = new node; //构造哨兵节点 _head->_next = _head; _head->_prev = _head; for(const auto& e : It) //逐个尾插 { push_back(e); } } list& operator=(list It) { swap(_head, It._head); return *this; } ~list() { clear(); delete _head; _head = nullptr; } iterator begin() { return iterator(_head->_next); } const_iterator begin() const //调用const的迭代器,返回一个用_head->next构造的迭代器对象 { return const_iterator(_head->_next); } iterator end() { return iterator(_head); } const_iterator end() const { return const_iterator(_head); } void push_back(const T& x) //只有哨兵位的也可以通用 { /* node* newnode = new node(x); //创建新节点 node* tail = _head->_prev; //当前的最后一个节点 tail->_next = newnode; newnode->_next = _head; newnode->_prev = tail; _head->_prev = newnode;*/ insert(iterator(end()), x); //前一个就是尾 } void push_front(const T& x) { insert(iterator(begin),x); } void pop_back() { erase(iterator(--end())); } void pop_front() { erase(iterator(begin())); } iterator insert(iterator pos, const T& val) //pos位置前插入 { node* newnode = new node(val); node* tail = pos._pnode; newnode->_next = tail; newnode->_prev = tail->_prev; newnode->_prev->_next = newnode; //还要让前一个指向自己 pos._pnode->_prev = newnode; return iterator(newnode); //需要返回迭代器; } iterator erase(iterator pos) //删除pos位置 { assert(pos._pnode); assert(pos != end()); node* tail = pos._pnode; node* ret = tail->_next; tail->_prev->_next = tail->_next; tail->_next->_prev = tail->_prev; delete tail; return iterator(ret); //返回下一个 } bool empty() { return begin() == end(); } size_t size() { size_t sz = 0; iterator it = begin(); while(it != end()) { sz++; it++; } return sz; } void clear() { iterator it = begin(); while(it != end()) { erase(it); it++; } } private: node* _head; }; void PrintList(const list& It) { list::const_iterator it = It.begin(); while(it != It.end()) { cout << *it < lt; lt.push_back(1); lt.push_back(2); lt.push_back(3); lt.push_back(4); list::iterator it = lt.begin(); while (it != lt.end()) { *it += 1; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : lt) { cout << e << " "; } cout << endl; PrintList(lt); }}
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