一、list-簡(jiǎn)單介紹

list是一個(gè)可以在常熟范圍內(nèi)任意位置進(jìn)行插入和刪除的序列式容器。底層是帶頭雙向循環(huán)鏈表（鏈接中有對(duì)帶頭雙向循環(huán)鏈表的邏輯分析）。

二、list的常用接口

1.常見(jiàn)構(gòu)造

test:

void test_constructor()
{
	list<int> lt1;                       //無(wú)參構(gòu)造
	list<int> lt2(4, 25);                //構(gòu)造并初始化n個(gè)val
	list<int> lt3(l2.begin(), l2.end()); //用lt2的[first, last)區(qū)間構(gòu)造
	list<int> lt4(l3);                   //拷貝構(gòu)造
}

2.iterator的使用

注意：list的迭代器和vector string不同。vector和string的迭代器都是原生指針，而list的迭代器是一個(gè)封裝起來(lái)的指針。

一個(gè)正向迭代器一個(gè)反向迭代器，注意使用規(guī)則，前者++迭代器向后移動(dòng)，后者++迭代器向前移動(dòng)。

test:

void test_iterator()
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);
	
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//反向迭代器
	list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
	while (rit != lt.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
}

3.Capacity和Element access

test:

void test_capacity_elementAccsee()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(77);
	lt.push_back(22);

	//頭節(jié)點(diǎn)的值-尾節(jié)點(diǎn)的值
	lt.front() -= lt.back();
	
	cout << lt.front() << endl;
	cout << "size:" << lt.size() << endl;
	cout << "empty:" << lt.empty() << endl;
}

4.Modifiers

test: 頭插 頭刪 尾插 尾刪

void test_Modifiers1()
{
	list<int> lt;
	//頭插
	lt.push_front(1);
	lt.push_front(2);
	//尾插
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(20);

	//范圍for
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//頭刪
	lt.pop_front();
	//尾刪
	lt.pop_back();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

test: 插入 刪除 交換 清理

void test_Modifiers2()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);    
	
	Print(lt);

	//獲取鏈表第二個(gè)節(jié)點(diǎn)
	list<int>::iterator pos = lt.begin();
	cout << *(++pos) << endl;

	//在pos前插入值為100的元素
	lt.insert(pos, 100);
	Print(lt);

	//在pos前插入值5個(gè)5
	lt.insert(pos, 5, 5);
	Print(lt);

	//在pos前插入[v.begin(), v.end())區(qū)間的元素
	vector<int> v{ 6, 6, 6 ,6 };
	lt.insert(pos, v.begin(), v.end());
	Print(lt);

	//刪除操作
	//刪除pos位置上的元素     --   特別注意一下迭代器失效問(wèn)題（下個(gè)知識(shí)點(diǎn)介紹）
	lt.erase(pos);
	Print(lt);

	// 刪除list中[begin, end)區(qū)間中的元素，即刪除list中的所有元素
	lt.erase(lt.begin(), lt.end());
	Print(lt);

	list<int> lt1{ 6, 6, 6 ,6 };
	lt1.swap(lt);
	cout << "lt::empty:" << lt.empty() << endl;
	cout << "lt1::empty:" << lt1.empty() << endl;

	lt.clear();
	cout << "new_lt::empty:" << lt.empty() << endl;
}

5.list的迭代器失效

在list中迭代器失效即迭代器指向的節(jié)點(diǎn)是無(wú)效的，即該節(jié)點(diǎn)被刪除了。因?yàn)閘ist的底層是帶頭雙向循環(huán)列表，所以在插入元素時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致liet迭代器失效，只有刪除時(shí)指向刪除節(jié)點(diǎn)的那個(gè)迭代器失效，其他的迭代器不受影響。

錯(cuò)誤代碼：

void test_iterator_invalid()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);
	
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		//erase()執(zhí)行完之后，it所指向的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被刪除，因此it無(wú)效，下次使用必須重新賦值
		lt.erase(it);

		++it;   //err   迭代器失效
	}
}

改正：

void test_iterator_invalid()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);

	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		lt.erase(it++);  //it = lt.erase(it);
	}
}

三、list實(shí)現(xiàn)

list類(lèi)整體實(shí)現(xiàn)代碼
注意：這里就不單列出來(lái)一部分成員函數(shù)進(jìn)行介紹了，因?yàn)橹匾脑趕tring類(lèi)和vector類(lèi)都進(jìn)行了重點(diǎn)講解。

反向迭代器在list類(lèi)實(shí)現(xiàn)中不進(jìn)行介紹，在最后單列一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解

#include <assert.h>

namespace kpl
{
	// List的節(jié)點(diǎn)類(lèi)
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode<T>* _prev;
		ListNode<T>* _next;
		T _val;
		
		//初始化
		ListNode(const T& val = T())
			: _prev(nullptr)
			, _next(nullptr)
			, _val(val)
		{}
	};
	
	//List 的迭代器:將原生態(tài)指針進(jìn)行封裝
	template<class T, class Ref, class Ptr>
	class ListIterator
	{
		typedef ListNode<T> Node;
		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;

	public:
		// Ref 和 Ptr 類(lèi)型重定義，在實(shí)現(xiàn)反向迭代器時(shí)便于使用。就不需要再模板傳參時(shí)傳Ref和Ptr
		typedef Ref Ref;
		typedef Ptr Ptr;

		// 構(gòu)造
		ListIterator(Node* node = nullptr)
			: _node(node)
		{}

		// 在模板中多加一個(gè)參數(shù)Ref的原因是：區(qū)分const返回
		Ref operator*() 
		{ 
			return _node->_val;
		}

		//Ptr：區(qū)分const返回
		Ptr operator->() 
		{ 
			return &(operator*()); 
		}

		
		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;
		}

		// 比較
		bool operator!=(const Self& l)const
		{ 
			return _node != l._node;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{ 
			return _node != l._node;
		}

		Node* _node;
	};

	//反向迭代器借用正向迭代器實(shí)現(xiàn)
	template<class Iterator>
	class ReverseListIterator
	{
	public:
		typedef typename Iterator::Ref Ref;
		typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
		typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;

		// 構(gòu)造
		ReverseListIterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator temp(_it);
			--temp;
			return *temp;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(operator*());
		}

		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;
		}

		// 比較
		bool operator!=(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		Iterator _it;
	};

	
	//list類(lèi)模板的實(shí)現(xiàn)
	template<class T>
	class list
	{
		typedef ListNode<T> Node;

	public:
		// 正向迭代器
		// 這里就也可以看出傳三個(gè)模板參數(shù)的原因。不值得再去寫(xiě)一個(gè)const修飾的模板，普通的迭代器和const修飾的迭代器區(qū)別就在于部分成員函數(shù)的返回值，所以多傳遞兩個(gè)參數(shù)即可
		typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;

		// 反向迭代器
		typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator;
		typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
	public:
		// List的構(gòu)造
		list()
		{
			CreateHead();  //因?yàn)楹芏嗟胤蕉紩?huì)使用這部分代碼，所以進(jìn)行封裝，方便調(diào)用
		}

		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;
			}
		}

		//拷貝構(gòu)造
		list(const list<T>& l)
		{
			CreateHead();

			// 用l中的元素構(gòu)造臨時(shí)的temp,然后與當(dāng)前對(duì)象交換。也可以一次賦值
			list<T> temp(l.begin(), l.end());
			swap(temp);
		}

		list<T>& operator=(list<T> l)
		{
			swap(l);
			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		// List的迭代器
		iterator begin() 
		{ 
			//or return _head->_next;
			return iterator(_head->_next); 
		}

		iterator end() 
		{ 
			//or return _head;
			return iterator(_head); 
		}

		const_iterator begin()const 
		{ 
			//or return _head->_next;
			return const_iterator(_head->_next); 
		}

		const_iterator end()const
		{ 
			//or return _head；
			return const_iterator(_head); 
		}

		//反向迭代器
		reverse_iterator rbegin()
		{
			return reverse_iterator(end());
		}

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

		const_reverse_iterator rbegin()const
		{
			return const_reverse_iterator(end());
		}

		const_reverse_iterator rend()const
		{
			return const_reverse_iterator(begin());
		}

		// capacity相關(guān)
		size_t size()const
		{
			//在實(shí)現(xiàn)size時(shí)，也可以通過(guò)給list類(lèi)增減一個(gè)size_t類(lèi)型的成員變量，然后返回
			
			Node* cur = _head->_next;
			size_t count = 0;
			while (cur != _head)
			{
				count++;
				cur = cur->_next;
			}

			return count;
		}

		bool empty()const
		{
			return _head->_next == _head;
		}

		void resize(size_t newsize, const T& data = T())
		{
			size_t oldsize = size();
			if (newsize <= oldsize)
			{
				// 有效元素個(gè)數(shù)減少到newsize
				while (newsize < oldsize)
				{
					pop_back();
					oldsize--;
				}
			}
			else
			{
				while (oldsize < newsize)
				{
					push_back(data);
					oldsize++;
				}
			}
		}

		// List的元素訪問(wèn)操作
		// 注意：List不支持operator[]
		T& front()
		{
			return _head->_next->_val;
		}

		const T& front()const
		{
			return _head->_next->_val;
		}

		T& back()
		{
			return _head->_prev->_val;
		}

		const T& back()const
		{
			return _head->_prev->_val;
		}


		// List的插入和刪除
		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位置前插入值為val的節(jié)點(diǎn)
		iterator insert(iterator pos, const T& val)
		{
			Node* pNewNode = new Node(val);
			Node* cur = pos._node;
			// 先將新節(jié)點(diǎn)插入
			pNewNode->_prev = cur->_prev;
			pNewNode->_next = cur;
			pNewNode->_prev->_next = pNewNode;
			cur->_prev = pNewNode;
			return iterator(pNewNode);
		}

		// 刪除pos位置的節(jié)點(diǎn)，返回該節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)位置
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			
			return next;
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
			_head->_next = _head->_prev = _head;
		}
		

		void swap(list<T>& l)
		{
			std::swap(_head, l._head);
		}

	private:
		void CreateHead()
		{
			_head = new Node;
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;
		}
	private:
		Node* _head;
	};
}

四、vector 和 list 對(duì)比

五、迭代器

1.迭代器的實(shí)現(xiàn)

迭代器有兩種實(shí)現(xiàn)方式，具體應(yīng)根據(jù)容器底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：

1. 原生態(tài)指針，比如：vector
2. 將原生態(tài)指針進(jìn)行封裝，因迭代器使用形式與指針完全相同，因此在自定義的類(lèi)中必須實(shí)現(xiàn)以下方法：
   • 指針可以解引用，迭代器的類(lèi)中必須重載operator*()
   • 指針可以通過(guò)->訪問(wèn)其所指空間成員，迭代器類(lèi)中必須重載oprator->()
   • 指針可以++向后移動(dòng)，迭代器類(lèi)中必須重載operator++()與operator++(int)
   • 指針可以通過(guò)->訪問(wèn)其所指空間成員，迭代器類(lèi)中必須重載oprator->()。至于operator–()/operator–(int)釋放需要重載，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)來(lái)抉擇，雙向鏈表可以向前移動(dòng)，所以需要重載，如果是forward_list（單鏈表）就不需要重載–。
   • 迭代器需要進(jìn)行是否相等的比較，因此還需要重載operator==()與operator!=()

2.迭代器的分類(lèi)（按照功能分類(lèi)）

1. 單向迭代器的功能相對(duì)較少，只能進(jìn)行逐個(gè)元素的遍歷和訪問(wèn)操作。它只支持t運(yùn)算符來(lái)移動(dòng)到下一個(gè)元素，不支持–運(yùn)算符來(lái)回退到前一個(gè)元素。因此，單向迭代器無(wú)法進(jìn)行逆向遍歷和隨機(jī)訪問(wèn)元素的操作。
2. 雙向迭代器相比于單向迭代器功能更加強(qiáng)大，它支持雙向即可以使用++運(yùn)算符向前移動(dòng)到下一個(gè)元素，也可以使用–運(yùn)算符向后移動(dòng)到前一個(gè)元素。因此，雙向迭代器可以進(jìn)行逆向遍歷和前向遍歷操作。
3. 隨機(jī)迭代器是迭代器的最高級(jí)別，功能最豐富。它除了支持雙向迭代器的所有操作外，還可以進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)，即可以使用]運(yùn)算符來(lái)訪問(wèn)任意位置的元素。此外，隨機(jī)迭代器還可以進(jìn)行迭代器之間的算術(shù)運(yùn)算，比如可以使用+、-運(yùn)算符來(lái)計(jì)算迭代器之間的距離。

所以，單向迭代器功能最少，只能逐個(gè)訪問(wèn)元素;雙向迭代器比單向迭代器功能更強(qiáng)大，可以雙向移動(dòng);隨機(jī)迭代器是最高級(jí)別的迭代器，功能最豐富，除了雙向移動(dòng)外還能進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)和算術(shù)運(yùn)算操作。

3.反向迭代器

(1)、包裝邏輯

(2)、代碼

template<class Iterator>
	class ReverseListIterator
	{
		// 注意：此處typename的作用是明確告訴編譯器，Ref是Iterator類(lèi)中的一個(gè)類(lèi)型，而不是靜態(tài)成員變量
		// 否則編譯器編譯時(shí)就不知道Ref是Iterator中的類(lèi)型還是靜態(tài)成員變量
		// 因?yàn)殪o態(tài)成員變量也是按照 類(lèi)名::靜態(tài)成員變量名 的方式訪問(wèn)的
		//typename和class的區(qū)別會(huì)在模板的博客中進(jìn)行介紹
	public:
		typedef typename Iterator::Ref Ref;
		typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
		typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
	public:

		// 構(gòu)造
		ReverseListIterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator temp(_it);
			--temp;
			return *temp;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &(operator*());
		}

		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;
		}

		bool operator!=(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		Iterator _it;
	};

注意

	//迭代器對(duì)箭頭進(jìn)行了重載，返回的是一個(gè)指針
	Ptr operator->()
	{
		return &(operator*());
	}

雖然重載了->但是在使用的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題。
eg:

struct A
{
	A(int a1 = 0, int a2 = 0)
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}

	int _a1;
	int _a2;
};

void test_iterator()
{
	list<A> lt;
	lt.push_back(A(1, 1));
	lt.push_back(A(2, 2));
	lt.push_back(A(3, 3));
	list<A>::iterator it = lt.begin();

	while (it != lt.end())
	{
		cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;
		cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
}

文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-627572.html

到了這里，關(guān)于stl_list類(lèi)（使用+實(shí)現(xiàn)）（C++）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！