本文主要介紹c++：stl中l(wèi)ist常用接口的功能及使用方法，比較list與vector的區(qū)別，并對(duì)list的常用接口進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。

目錄

一、list的介紹和使用

1.list介紹

2.list使用

1.list的構(gòu)造

2.list iterator的使用

3.list 容量相關(guān)

4.list元素訪問

5.list修改

6.list的迭代器失效

二、list的模擬實(shí)現(xiàn)

1.list的節(jié)點(diǎn)類

2.list的迭代器類

1.正向迭代器

2.反向迭代器

3.list類

三、list和vector的對(duì)比

一、list的介紹和使用

1.list介紹

list文檔介紹

1. list是可以在常數(shù)范圍內(nèi)在任意位置進(jìn)行插入和刪除的序列式容器，并且該容器可以前后雙向迭代。

2. list的底層是雙向鏈表結(jié)構(gòu)，雙向鏈表中每個(gè)元素存儲(chǔ)在互不相關(guān)的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)中，在節(jié)點(diǎn)中通過指針指向其前一個(gè)元素和后一個(gè)元素。

3. list與forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是單鏈表，只能朝前迭代，已讓其更簡(jiǎn)單高效。

4. 與其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置進(jìn)行插入、移除元素的執(zhí)行效率更好。

5. 與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隨機(jī)訪問，比如：要訪問list 的第6個(gè)元素，必須從已知的位置(比如頭部或者尾部)迭代到該位置，在這段位置上迭代需要線性的時(shí)間開銷；list還需要一些額外的空間，以保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)聯(lián)信息(對(duì)于存儲(chǔ)類型較小元素的大list來(lái)說(shuō)這可能是一個(gè)重要的因素)

2.list使用

list中的接口比較多，此處類似，只需要掌握如何正確的使用，然后再去深入研究背后的原理，已達(dá)到可擴(kuò)展的能力。以下為list中一些常見的重要接口。

1.list的構(gòu)造

void test1()
{
    list<int> lt1;                         // 構(gòu)造空的lt1
    list<int> lt2(4, 100);                 // lt2中放4個(gè)值為100的元素
    list<int> lt3(lt2.begin(), lt2.end());  //用lt2的[begin(), end()）左閉右開的區(qū)間構(gòu)造lt3
    list<int> lt4(lt3);                    // 用lt3拷貝構(gòu)造lt4

    // 以數(shù)組為迭代器區(qū)間構(gòu)造l5
    int array[] = { 10,20,30,40 };
    list<int> lt5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    // 列表格式初始化C++11
    list<int> lt6{ 1,2,3,4,5 };

    // 用迭代器方式打印l5中的元素
    list<int>::iterator it = lt5.begin();
    while (it != lt5.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;
    //10 20 30 40
    // C++11范圍for的方式遍歷
    for (auto& e : lt5)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    //10 20 30 40
}

2.list iterator的使用

此處可以將迭代器理解成一個(gè)指針，該指針指向list中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)。

void test2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5};
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    // 使用正向迭代器正向list中的元素
    // list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中語(yǔ)法
    auto it = lt.begin();                     // C++11之后推薦寫法
    while (it != lt.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;//1 2 3 4 5 

    // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
    // list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
    auto rit = lt.rbegin();
    while (rit != lt.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;//1 2 3 4 5
}

注意：

1. begin與end為正向迭代器，對(duì)迭代器執(zhí)行++操作，迭代器向后移動(dòng)

2. rbegin(end)與rend(begin)為反向迭代器，對(duì)迭代器執(zhí)行++操作，迭代器向前移動(dòng)

3.list 容量相關(guān)

void test3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    if (!lt.empty())
        cout << "false" << endl;//false
    cout<<lt.size() << endl;//5
}

4.list元素訪問

void test4()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    cout << lt.front() << endl;//1
    cout << lt.back() << endl;//5
}

5.list修改

void PrintList(const list<int>& lt)
{
    // 注意這里調(diào)用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator對(duì)象
    for (list<int>::const_iterator it = lt.begin(); it != lt.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 編譯不通過
    }

    cout << endl;
}

// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void test5()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    // 在list的尾部插入4，頭部插入0
    lt.push_back(4);
    lt.push_front(0);
    PrintList(lt);//0 1 2 3 4

    // 刪除list尾部節(jié)點(diǎn)和頭部節(jié)點(diǎn)
    lt.pop_back();
    lt.pop_front();
    PrintList(lt);//1 2 3
}

// insert /erase 
void test6()
{
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> lt(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));

    // 獲取鏈表中第二個(gè)節(jié)點(diǎn)
    auto pos = ++lt.begin();
    cout << *pos << endl;//2

    // 在pos前插入值為4的元素
    lt.insert(pos, 4);
    PrintList(lt);//1 4 2 3

    // 在pos前插入5個(gè)值為5的元素
    lt.insert(pos, 5, 5);
    PrintList(lt);//1 4 5 5 5 5 5 2 3

    // 在pos前插入[v.begin(), v.end)區(qū)間中的元素
    vector<int> v{ 7, 8, 9 };
    lt.insert(pos, v.begin(), v.end());
    PrintList(lt);//1 4 5 5 5 5 5 7 8 9 2 3

    // 刪除pos位置上的元素
    lt.erase(pos);
    PrintList(lt);//1 4 5 5 5 5 5 7 8 9 3

    // 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());
    PrintList(lt);//
}

// resize/swap/clear
void test7()
{
    // 用數(shù)組來(lái)構(gòu)造list
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> lt1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
    PrintList(lt1);//1 2 3

    // 交換l1和l2中的元素
    list<int> lt2;
    lt1.swap(lt2);
    PrintList(lt1);//
    PrintList(lt2);//1 2 3

    // 將l2中的元素清空
    lt2.clear();
    cout << lt2.size() << endl;//0
}

list中還有一些操作，需要用到時(shí)可參閱list的文檔說(shuō)明。

6.list的迭代器失效

前面說(shuō)過，此處可將迭代器暫時(shí)理解成類似于指針，迭代器失效即迭代器所指向的節(jié)點(diǎn)的無(wú)效，即該節(jié)點(diǎn)被刪除了。因?yàn)?strong>list的底層結(jié)構(gòu)為帶頭結(jié)點(diǎn)的雙向循環(huán)鏈表，因此在list中進(jìn)行插入時(shí)是不會(huì)導(dǎo)致list的迭代器失效的，只有在刪除時(shí)才會(huì)失效，并且失效的只是指向被刪除節(jié)點(diǎn)的迭代器，其他迭代器不會(huì)受到影響。

void TestListIterator1()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    auto it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
        // erase()函數(shù)執(zhí)行后，it所指向的節(jié)點(diǎn)已被刪除，
        // 因此it無(wú)效，在下一次使用it時(shí)，必須先給其賦值
            lt.erase(it);
        ++it;
    }
}
// 改正
void TestListIterator2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> lt(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    auto it = lt.begin();
    while (it != lt.end())
    {
        lt.erase(it++); // it = l.erase(it);
    }
}

二、list的模擬實(shí)現(xiàn)

1.list的節(jié)點(diǎn)類

 template<class T>
 struct ListNode
 {
     ListNode(const T& val = T())
         :_prev(nullptr)
         , _next(nullptr)
         , _val(val)
     {}
     ListNode<T>* _prev;
     ListNode<T>* _next;
     T _val;
 };

2.list的迭代器類

1.正向迭代器

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，因此在自定義的類中必須實(shí)現(xiàn)以下方法：

????????1. 指針可以解引用，迭代器的類中必須重載operator*()

????????2. 指針可以通過->訪問其所指空間成員，迭代器類中必須重載oprator->()

????????3. 指針可以++向后移動(dòng)，迭代器類中必須重載operator++()與operator++(int)

????????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就不需要重載--

????????4. 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!=()

template<class T, class Ref, class Ptr>
//Ref和Ptr分布表示 T& 和 T* 或者const T& 和const T*
class ListIterator
{
    typedef ListNode<T> Node;
    typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
    // Ref 和 Ptr 類型需要重定義下，實(shí)現(xiàn)反向迭代器時(shí)需要用到
public:
    typedef Ref Ref;
    typedef Ptr Ptr;
public:
    Node* _node;

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

    // 具有指針類似行為
    Ref operator*()
    {
        return _node->_val;
    }
    Ptr operator->()
    {
        return &(operator*());
    }

    // 迭代器移動(dòng)
    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;
    }

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

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

2.反向迭代器

通過前面例子知道，反向迭代器的++就是正向迭代器的--，反向迭代器的--就是正向迭代器的++，因此反向迭代器的實(shí)現(xiàn)可以借助正向迭代器，即：反向迭代器內(nèi)部可以包含一個(gè)正向迭代器，對(duì)正向迭代器的接口進(jìn)行包裝即可。

template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
    // 注意：此處typename的作用是明確告訴編譯器，Ref是Iterator類中的一個(gè)類型，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名::靜態(tài)成員變量名的方式訪問的
public:
    typedef typename Iterator::Ref Ref;
    typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
    typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
    Iterator _it;

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

    // 具有指針類似行為
    Ref operator*()
    {
        Iterator temp(_it);
        --temp;
        return *temp;
    }

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

    // 迭代器移動(dòng)
    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;
    }

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

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

3.list類

template<class T>
class list
{
	typedef ListNode<T> Node;

public:
	// 正向迭代器
	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();
	}

	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中的元素構(gòu)造臨時(shí)的temp,然后與當(dāng)前對(duì)象交換
		list<T> temp(l.begin(), l.end());
		this->swap(temp);
	}

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

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

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

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

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

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

	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());
	}

	// List的容量相關(guān)
	size_t size()const
	{
		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* pCur = pos._node;
		// 先將新節(jié)點(diǎn)插入
		pNewNode->_prev = pCur->_prev;
		pNewNode->_next = pCur;
		pNewNode->_prev->_next = pNewNode;
		pCur->_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)
	{
		// 找到待刪除的節(jié)點(diǎn)
		Node* pDel = pos._node;
		Node* pRet = pDel->_next;

		// 將該節(jié)點(diǎn)從鏈表中拆下來(lái)并刪除
		pDel->_prev->_next = pDel->_next;
		pDel->_next->_prev = pDel->_prev;
		delete pDel;

		return iterator(pRet);
	}

	void clear()
	{
		Node* cur = _head->_next;

		// 采用頭刪除刪除
		while (cur != _head)
		{
			_head->_next = cur->_next;
			delete cur;
			cur = _head->_next;
		}

		_head->_next = _head->_prev = _head;
	}

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

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

三、list和vector的對(duì)比

vector與list都是STL中非常重要的序列式容器，由于兩個(gè)容器的底層結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其特性以及應(yīng)用場(chǎng)景不同，其主要不同如下：文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-730006.html

到了這里，關(guān)于C++：stl：list的常用接口及其模擬實(shí)現(xiàn)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)！