【C++】STL--list

1. list的介绍

list的文档介绍 

2. list的使用

list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已 达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口。

2.1 list的构造

// list的构造
void TestList1()
{
    list<int> l1;                         // 构造空的l1
    list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
    list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
    list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4

    // 以数组为迭代器区间构造l5
    int array[] = { 16,2,77,29 };
    list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    // 列表格式初始化C++11
    list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };

    // 用迭代器方式打印l5中的元素
    list<int>::iterator it = l5.begin();
    while (it != l5.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    // C++11范围for的方式遍历
    for (auto& e : l5)
        cout << e << " ";

    cout << endl;
}

2.2 list iterator的使用

此处，大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。

// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{
    // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
    for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 编译不通过
    }

    cout << endl;
}

void TestList2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> l(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中语法
    auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法
    while (it != l.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    // 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 = l.rbegin();
    while (rit != l.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;

    PrintList(l);
}

【注意】

1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

2. 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

2.3 list capacity

2.4 list element access

2.5 list modifiers

// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    PrintList(L);
    // 在list的尾部插入4，头部插入0
    L.push_back(4);
    L.push_front(0);
    PrintList(L);

    // 删除list尾部节点和头部节点
    L.pop_back();
    L.pop_front();
    PrintList(L);
}

// insert /erase 
void TestList4()
{
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));

    // 获取链表中第二个节点
    auto pos = ++L.begin();
    cout << *pos << endl;

    // 在pos前插入值为4的元素
    L.insert(pos, 4);
    PrintList(L);

    // 在pos前插入5个值为5的元素
    L.insert(pos, 5, 5);
    PrintList(L);

    // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
    vector<int> v{ 7, 8, 9 };
    L.insert(pos, v.begin(), v.end());
    PrintList(L);

    // 删除pos位置上的元素
    L.erase(pos);
    PrintList(L);

    // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
    L.erase(L.begin(), L.end());
    PrintList(L);
}

// resize/swap/clear
void TestList5()
{
    // 用数组来构造list
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
    PrintList(l1);

    // 交换l1和l2中的元素
    list<int> l2;
    l1.swap(l2);
    PrintList(l1);
    PrintList(l2);

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

list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。

3.list的迭代器失效

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 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);
    }
}

3.list的模拟实现

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include<list>
using namespace std;

namespace xc
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		T _data;
		list_node<T>* _next;
		list_node<T>* _prev;

		list_node(const T& data = T())
			: _data(data)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{}
	};

	//const_iterator
	template <class T, class Ref, class Ptr>
	struct list_iterator
	{
		typedef list_node<T> Node;
		typedef list_iterator< T, Ref,Ptr>Self;
		Node* _node;

		list_iterator(Node* node)
			: _node(node)
		{}
		Ref& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		bool operator != (const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}
		bool operator==(const Self& s)const
		{
			return _node == s.node;
		}
	};
	template <class T>
	class list
	{
		typedef list_node<T> Node;
	public:
		typedef list_iterator<T, T&,  T*>iterator;
		typedef list_iterator<T, const T&, const T*>const_iterator;
		iterator begin()
		{
		/*	iterator it(_head->_next);
			return it;
			return iterator(_head->_next);*/
			return _head->_next;
		}
		iterator end()
		{
			return _head;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			/*	iterator it(_head->_next);
				return it;
				return iterator(_head->_next);*/
			return _head->_next;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _head;
		}
		void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
			_size = 0;
		}
		list()
		{
			empty_init();
		}
		list(initializer_list <T> lt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		//lt2(lt1)
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();
			for (auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		//lt1 = lt3
		list<T>& operator= (list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void clear()
		{
			auto it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}
		void swap(list<T>& lt)
		{
			std::swap(_head, lt._head);
			std::swap(_size, lt._size);

		}
		void push_back(const T& x)
		{
		/*	Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->prev;

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			nwnode->_next = _head;
			_head->_prev = nownode;
			++size;*/
			insert(end(), x);
		}
		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;

			Node* newnode = new Node(x);

			//prev newnode cur
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			prev->_next = newnode;
			++_size;
		}
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}
		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

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

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete pos._node;
			--_size;
			return next;

		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		bool empty()const
		{
			return _size == 0;
		}
	private:
		Node* _head;
		size_t _size;
	};
	struct AA
	{
		int _a1 = 1;
		int _a2 = 1;
	};
	// 按需实例化
	// T* const ptr1
	// const T* ptr2
	template<class Container>
	void print_container(const Container& con)
	{
		// const iterator -> 迭代器本身不能修改
		// const_iterator -> 指向内容不能修改
		typename Container::const_iterator it = con.begin();
		//auto it = con.end();
		while (it != con.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
		for (auto e : con)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

	}
	void test_list1()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		print_container(lt);
		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;

		}
		cout << endl;

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

		list<AA> lta;
		lta.push_back(AA());
		lta.push_back(AA());
		lta.push_back(AA());
		lta.push_back(AA());

		list<AA>::iterator ita = lta.begin();
		while (ita != lta.end())
		{
			//cout << (*ita)._a1 << (*ita)._a2 << endl;

			// 特殊处理，本来应该是两个->才合理，为了可读性，省略了一个->
			cout << ita->_a1 << ":" << ita->_a2 << endl;
			//cout << ita.operator->()->_a1 << ita.operator->()->_a2 << endl;
			++ita;
		}
		cout << endl;
	}
	void test_list2()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		//insert以后迭代器不失效
		list<int>::iterator it = lt.begin();
		lt.insert(it, 10);
		*it += 100;
		print_container(lt);

		//erase以后迭代器失效
		//删除所有的偶数
		it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
				it = lt.erase(it);
			}
			else
			{
				++it;
			}
		}
		print_container(lt);
	}
	void test_list3()
	{
		list<int>lt1;
		lt1.push_back(1);
		lt1.push_back(2);
		lt1.push_back(3);
		lt1.push_back(4);

		list<int> lt2(lt1);
		print_container(lt2);

		list<int> lt3;
		lt3.push_back(10);
		lt3.push_back(20);
		lt3.push_back(30);
		lt3.push_back(40);

		lt1 = lt3;
		print_container(lt1);
		print_container(lt3);

	}
	void func(const list<int>& lt)
	{
		print_container(lt);
	}
	void test_list4()
	{
		//直接构造
		list<int> lt0({ 1,2,3,4,5,6 });
		//隐饰类型转换
		list<int>lt1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
		func(lt0);
		func({ 1,2,3,4,5,6 });//隐饰类型转换
	}
}

4.list与vector的对比

补充：