【C++杂货铺】详解list容器-编程知识

🌈前言🌈

📁 介绍

📁 使用

📂 构造

📂 迭代器iterator

📂 capacity

📂 modifiers

📂 迭代器失效

📁 模拟实现

📂 迭代器的实现

📂 代码展示

📁 和vector的区别

📁 总结

🌈前言🌈

欢迎收看本期【C++杂货铺】，本期内容将讲解STL中关于list的内容，会分为一下几个方面进行讲解：第一，什么是list，和其他容器的比较；第二，list的常用接口的介绍；第三，从底层除法，模拟实现简易版list；最后，对比和vecotr的主要区别。

以上就是本期要讲解的全部内容了，讲解之前需要你有数据结构中链表的储备知识，是为了更好的理解讲解内容。此外，模拟实现需要类和对象，模板等储备知识，如果只是想简单使用可以只看前两章。

如果你还没有类和对象及模板的知识，可以阅览下面这几篇文章：【C++杂货铺】详解类和对象 [上]-CSDN博客

【C++杂货铺】详解类和对象 [中]-CSDN博客

【C++杂货铺】详解类和对象 [下]-CSDN博客

【C++杂货铺】模板-CSDN博客

📁 介绍

list是可以在常熟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底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不关联的独立节点中，在节点通过指针指向其前一个元素和后一个元素。

和其他的序列式容器相比（vector，array，deque），list通常在任意位置进行插入，移动元素的执行效率更好。

与之相对的，list的最大缺陷是不支持在任意位置的随机访问。

📁 使用

list接口较多，这里简单介绍一些常用的重要接口。

下面是官方文档的链接，对于容器的学习还是要多看文档的。

list - C++ Reference (cplusplus.com)

📂 构造

📂 迭代器iterator

📂 capacity

📂 modifiers

📂 迭代器失效

迭代器失效即迭代器所指向的节点无效，即该节点被删除。因为list底层是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迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效只是指向所删除结点的迭代器，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);}
}

📁 模拟实现

对于list的模拟实现最难实现的就是迭代器的实现。所以下面将重点讲解迭代器内容。

📂 迭代器的实现

迭代器就是通过模拟指针，提供一种统一的方法来使用容器。

对于vecotr这样的容器，迭代器可以直接是指针，但对于list这样的容器，不能直接使用原生指针，因为底层内存地址不是连续的。

指针++，并不能实现node = node->next这样的操作。这里就要用到C++的重要组成部分了，运算符重载和实现了类。通过将指针封装成类，来实现运算符重载。

这里迭代器使用三个模板参数，第一个表示数据data的类型，第二表示数据data的引用，第三个表示数据data的地址。

	template<class T,class Ref,class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T,Ref,Ptr> iterator;//构造函数ListIterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->data;}Ptr operator->(){return &_node->data;}//++ititerator&  operator++(){_node = _node->_next;return *this;}iterator operator++(int){iterator temp(*this);_node = _node->_next;return temp;}//--ititerator& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}iterator operator--(int){iterator temp(*this);_node = _node->_prev;return temp;}// != bool operator!=(const iterator& it){return _node != it._node;}bool operator==(const iterator & it){return _node == it._node;}Node* _node;};

📂 代码展示

下面将list的实现，放在exercise命名空间中。

namespace exercise
{//节点类template<class T>struct ListNode{typedef ListNode<T> Node;Node* _next;Node* _prev;T data;ListNode(const T& val = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),data(val){}};template<class T,class Ref,class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T,Ref,Ptr> iterator;//构造函数ListIterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->data;}Ptr operator->(){return &_node->data;}//++ititerator&  operator++(){_node = _node->_next;return *this;}iterator operator++(int){iterator temp(*this);_node = _node->_next;return temp;}//--ititerator& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}iterator operator--(int){iterator temp(*this);_node = _node->_prev;return temp;}// != bool operator!=(const iterator& it){return _node != it._node;}bool operator==(const iterator & it){return _node == it._node;}Node* _node;};//list类template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;public:typedef ListIterator<T,T&,T*> iterator;typedef ListIterator<T,const T&,const T*> const_iterator;void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}list(){empty_init();}list(const list<T>& l){empty_init();for (auto& e : l){push_back(e);}}void swap(list<T>& temp){std::swap(_head,temp._head);std::swap(_size, temp._size);}list<T>& operator=(list<T> temp) {swap(temp);return *this;}void clear(){iterator it = _head->_next;while (it != _head){it = erase(it);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;_size = 0;}iterator begin(){return _head->_next;}iterator end(){return _head;}const_iterator begin() const{return _head->_next;}const_iterator end() const{return _head;}/*void push_back(const T& val){Node* newnode = new Node(val);Node* tail = _head->_prev;newnode->_prev = tail;newnode->_next = _head;_head->_prev = newnode;tail->_next = newnode;}*/void push_back(const T& val){insert(end(), val);}void insert(iterator pos, const T& val){Node* newnode = new Node(val);Node* prev = pos._node->_prev;Node* next = pos._node;newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;newnode->_next = next;next->_prev = newnode;_size++;}iterator erase(iterator pos){Node* prev = pos._node->_prev;Node* next = pos._node->_next;delete pos._node;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return next;}void pop_back(){erase(--end());}size_t size(){return _size;}private:Node* _head;size_t _size;};}