一、List的介绍
list的文档介绍
1. 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。
2. list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
3. 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。
4. 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。
5. 与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随机访问，比如：要访问list的第6个元素，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开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)
要注意的是，list开始就不支持下标访问了，所以要访问都要以迭代器为准
void Print(const list<int>& l)
{
//迭代去区间遍历
list<int>::const_iterator it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//范围for遍历
for (auto e : l)
cout << e << " ";
cout << endl;
}二、List的使用注意事项
博主觉得跟之前vector的基本上差不了多少，如果不会看文档用库里面的list的可以去看博主只管关于string和vector的使用。
C++：String类的使用-CSDN博客
C++：Vector的使用-CSDN博客
下面直接介绍List使用中的易错点
2.1 List的迭代器失效问题
我们之前学习vector的时候，知道了insert和erase都有可能存在迭代器失效的问题，那list会出现这种情况吗？？下面来进行分析
insert插入新节点的迭代器，因此insert不可能会出现失效的问题。
而earse必然会失效，因为该迭代器对应的节点被删除了。如果我们想继续用的话，就得利用返回值去更新迭代器，返回值是被删除元素的下一个位置的迭代器。
2.2 List中sort的效率测试
我们用一段代码来测试一下list中sort的性能
void test_op()
{
srand((unsigned int)time(NULL));
const int N = 1000000;
vector<int> v;
v.reserve(N);
list<int> lt1;
list<int> lt2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
int e = rand();
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
// 拷贝到vector排序，排完以后再拷贝回来
int begin1 = clock();
for (auto e : lt1)
{
v.push_back(e);
}
sort(v.begin(), v.end());
size_t i = 0;
for (auto& e : lt1)
{
e = v[i++];
}
int end1 = clock();
//list调用自己的sort
int begin2 = clock();
lt2.sort();
int end2 = clock();
printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
会发现哪怕我先拷贝到vector排完再拷贝回去效率都比list的sort效率高，所以list的sort实际中意义不是很大！！
三、模拟实现的注意事项
还是跟之前模拟实现一样，先看看SGI版本的源码 ，list本质上是带头双向链表
第一部分 链表节点
第二部分 迭代器
第三部分、链表
这里我们可以先实现链表节点结构体 这里用sturct把权限放开。
//节点的封装
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
T _data;
//节点的构造函数
list_node(const T& val = T())
:_prev(nullptr)
, _next(nullptr)
, _data(val)
{}
};然后封装一个链表，将头结点作为自己的成员变量封装起来
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;//typedef可以帮助我们简洁代码
private:
node* _head;
};下面开始进行我们的重中之重——迭代器
四、正向迭代器的实现
2.1 正向迭代器的封装
在学习Vector的时候，我们发现其实vector的迭代器就是一个原生指针，所以我们将他改了名字
这得益于vector空间连续的特点，所以对指针进行加和减再进行解引用可以访问到我们想要的元素，但是链表可以吗？
虽然看似我们好像用箭头连接起来了，但其实他们空间上是不连续的，那我们对一个节点指针进行加减，就很难说能不能找到下一个节点，更多的是找不到的情况
那我们思考一样，如果我们要搞一个迭代器，我们希望怎么去得到我们的数据呢？？我们希望我们解引用的时候，可以拿到他的data，希望++的时候，可以拿到他的next，--的时候，可以拿到他的prev。 那我们怎么去改变原生操作符的行为呢？答案就是运算符重载！所以我们可以将迭代器单独封装成一个类去管理节点，改变运算符的行为！！
我们先进行实现，然后再慢慢分析
//封装迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>//Ref用于引用是否const，Ptr用于指针是否const
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
node* _node;
//迭代器的构造函数
list_iterator(node* n)//迭代器的构造
:_node(n)
{}
//实现*
Ref operator*() const
{
return _node->_data;
}
//实现->
Ptr operator->() const
{
return &operator*(); //本来是两个->,为了增强可读性，我们封装了这个函数 比如当我们存储的结构体解引用后有多个成员，那么我们可以通过箭头的直线去找到对应我们想要的成员
}
//前置++
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
self temp(*this);
++*this;
return temp;
}
//前置--
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
//后置--
self operator--(int)
{
self temp(*this);
--*this;
return temp;
}
//！=
bool operator!=(const self& s) const
{
return _node != s._node;
}
//==
bool operator==(const self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};第一个模版参数是类型，第二个模版参数是引用，第三个模版参数是指针
Ref和Ptr是用来区分正常的迭代器和const修饰的迭代器，Ref是T&或者是const T&,这样可以在某些时候我们去限制data不能被修改。而Ptr是T*或者是const T*，重载箭头的作用是如果我们data存储的是一个自定义类型，这个时候如果直接解引用肯定是不行的，所以我们的箭头可以在解引用的时候先返回data的地址，然后我们就可以通过箭头去访问他不同的成员变量。
下面举个data存的是自定义类型的例子
2.2 迭代器的使用
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;//typedef可以帮助我们简洁代码
public:
//正向迭代器
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
//可读可写正向迭代器
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
//可读不可写正向迭代器
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
private:
node* _head;
};这边我们用到了匿名对象。
思考：这里的const迭代器为什么不能直接用const修饰普通迭代器？？
因为typedef碰到const的话，就不是简单的字符串替换 实际上你以为的const T* ，在这里变成了T*const ，因为迭代器我们是希望他可以进行++和--的，而我们只是不希望他指向的内容给改变，所以我们的const要修饰的是指针的内容，而不是修饰指针。
五、list相关的成员函数
3.1 构造函数
1、默认构造函数
因为无论如何都要有哨兵节点，所以我们直接封装一个
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}所以可以这么写
//默认构造函数
list()
{
empty_init();
}2、有参构造函数
//有参构造函数
list(size_t n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}3、迭代器区间构造函数
//迭代器区间构造函数
template <class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}4、拷贝构造的传统写法
传统方法就是一个个拷贝过去
//拷贝构造函数传统写法
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
push_back(e);
}5、拷贝构造的现代写法+swap
现代写法就是，我先创建一个临时对象让他利用被拷贝对象的迭代器构造出来，然后再交换，窃取革命成功，被利用完后的临时对象会在栈帧结束后被清除（典型的资本家思维）
//交换函数
void swap(list<T>& temp)
{
std::swap(_head, temp._head);
}
//拷贝构造函数的现代写法
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> temp(lt.begin(), lt.end());//复用迭代器区间构造，让别人构造好了，我再窃取革命成果
swap(temp);
}3.2 clear和析构函数
list不像vector一样，不能直接用头指针delete，因为空间不连续，所以要一个个节点去delete，所以在这之前，我们可以先实现clear，clear的作用是把链表清空，只剩一个头节点，然我们的析构函数再复用clear，然后再单独delete头节点就行了！！
//clear 只留一个头节点
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
it = erase(it);
}
//析构函数
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}3.3 赋值重载和assign
assign和=的本质上都是，先将原来的空间的内容给清空，换成的内容。 只不过区别就是assign可以利用迭代器去控制被替换的范围，也可以自己去换成n个一样的元素。所以我们先实现assign，再实现=
1、assign直接替换
//assign(直接替换)
void assign(size_t n, const T& val)
{
clear();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}2、assign迭代器区间替换
//assign(迭代器区间替换)
template <class InputIterator>
void assign(InputIterator first, InputIterator last)
{
clear();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}3、assign直接替换重载（防止间接寻址）
思考：我们的本意是将lt2替换成5个2，我们发现我们调的竟然是迭代器区间构造的assign，为什么会这样呢？？？？？
因为重载类型会优先找最匹配的，assign的第一个版本的n是size_t类型，我们传的整数默认是int所以会发生强制类型转化，而第二个版本恰好可以变成两个int，所以他会走迭代器区间版本。所以此时有两个方案，第一个方案是我们要在第一个参数后面加u，但是这不符合我们的使用习惯，所以我们可以采用第二个方案，写个重载版本。
//assign重载版本 防止间接寻址
void assign(int n, const T& val)
{
clear();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}4、赋值重载传统写法
直接复用assign
// 赋值重载的传统写法
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{
assign(lt.begin(), lt.end());
return *this;
}5、赋值重载的现代写法
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);//利用值传递拷贝的临时对象进行交换
return *this;
}3.4 修改相关函数（Modifiers）
1、empty、size
//size
size_t size() const
{
size_t n = 0;
for (auto e : *this)
++n;
return n;
}
//empty
bool empty() const
{
return node->next == node;
}2、insert
我们先实现insert和erase，其他的就可以直接复用了
//insert
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
node* cur = pos._node;//记录当前节点
node* prev = cur->_prev;//记录前驱节点
node* newnode = new node(val);//建立新节点
//开始改变指向
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
return iterator(newnode);
}3、erase
//erase
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//确保不是删除哨兵位置
node* prev = pos._node->_prev;
node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);//利用匿名对象返回
}4、尾插尾删头插头删
//pushback 尾插
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
//pushfront 头插
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
//popback 尾删
void pop_back()
{
erase(--end());
}
//popfront 头删
void pop_front()
{
erase(begin());
}5、resize
//resize 如果n小于当前容量的大小，则内容将减少到前n个元素 当n大于容器大小时，则在末尾插入任意容量的内容。
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
size_t sz = size();//记录当前的有效元素的个数
while (n < sz)
{
pop_back();
--sz;
}
while (n > sz)
{
push_back(val);
++sz;
}
}六、反向迭代器的实现
sgi版本下的反向迭代器，其实就是将构建一个反向迭代器的类将正向迭代器封装起来，这个时候正向迭代器的++就是反向迭代器的--
template<class iterator, class Ref, class Ptr>
struct list_reverse_iterator
{
typedef list_reverse_iterator<iterator, Ref, Ptr> self;
//用正向迭代器去构造反向迭代器
list_reverse_iterator(iterator it)
:_cur(it)
{}
//解引用
Ref operator*() const
{
iterator temp = _cur;
--temp;
return *temp;
}
//实现->
Ptr operator->() const
{
return &operator*();
}
//前置++
self& operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
iterator temp(_cur);
--*this;
return temp;
}
//前置--
self& operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
//后置--
self operator--(int)
{
iterator temp(_cur);
++*this;
return temp;
}
//不等于
bool operator!=(const self& s)
{
return _cur != s._cur;
}
//等于
bool operator==(const self& s)
{
return _cur == s._cur;
}
iterator _cur;
};思考：为什么解引用的是前一个位置的元素？？？
通过这个我们来看看vector下的反向迭代器代码：
复用性很高，和list的区别就是因为是随机迭代器，所以多了+和-的接口，第二个就是不需要->,所以其实模版也可少传一个
七、list模拟实现的全部代码
//c++喜欢ListNode驼峰法命名 为了和STL风格一致，我们也用小写
//但是STL版本和java喜欢小写带_
namespace cyx
{
//节点的封装
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _prev;
list_node<T>* _next;
T _data;
//节点的构造函数
list_node(const T& val = T())
:_prev(nullptr)
, _next(nullptr)
, _data(val)
{}
};
//封装迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>//Ref用于
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> node;
typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
node* _node;
//迭代器的构造函数
list_iterator(node* n)//迭代器的构造
:_node(n)
{}
//实现*
Ref operator*() const
{
return _node->_data;
}
//实现->
Ptr operator->() const
{
return &operator*(); //本来是两个->,为了增强可读性，我们封装了这个函数 比如当我们存储的结构体解引用后有多个成员，那么我们可以通过箭头的直线去找到对应我们想要的成员
}
//前置++
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
self temp(*this);
++*this;
return temp;
}
//前置--
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
//后置--
self operator--(int)
{
self temp(*this);
--*this;
return temp;
}
//！=
bool operator!=(const self& s) const
{
return _node != s._node;
}
//==
bool operator==(const self& s) const
{
return _node == s._node;
}
};
template<class iterator, class Ref, class Ptr>
struct list_reverse_iterator
{
typedef list_reverse_iterator<iterator, Ref, Ptr> self;
//用正向迭代器去构造反向迭代器
list_reverse_iterator(iterator it)
:_cur(it)
{}
//解引用
Ref operator*() const
{
iterator temp = _cur;
--temp;
return *temp;
}
//实现->
Ptr operator->() const
{
return &operator*();
}
//前置++
self& operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
//后置++
self operator++(int)
{
iterator temp(_cur);
--*this;
return temp;
}
//前置--
self& operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
//后置--
self operator--(int)
{
iterator temp(_cur);
++*this;
return temp;
}
//不等于
bool operator!=(const self& s)
{
return _cur != s._cur;
}
//等于
bool operator==(const self& s)
{
return _cur == s._cur;
}
iterator _cur;
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> node;//typedef可以帮助我们简洁代码
public:
//正向迭代器
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;不行
//反向迭代器
typedef list_reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef list_reverse_iterator<iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
//可读可写正向迭代器
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
//可读不可写正向迭代器
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
//可读可写的反向迭代器
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
//可读不可写的反向迭代器
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
//默认构造函数
list()
{
empty_init();
}
//有参构造函数
list(size_t n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}
//迭代器区间构造函数
template <class InputIterator>
list(InputIterator first, InputIterator last)
{
empty_init();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
//拷贝构造函数传统写法
/*list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
push_back(e);
}*/
//交换函数
void swap(list<T>& temp)
{
std::swap(_head, temp._head);
}
//拷贝构造函数的现代写法
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
list<T> temp(lt.begin(), lt.end());//复用迭代器区间构造，让别人构造好了，我再窃取革命成果
swap(temp);
}
//assign(迭代器区间替换)
template <class InputIterator>
void assign(InputIterator first, InputIterator last)
{
clear();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
//assign(直接替换)
void assign(size_t n, const T& val)
{
clear();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}
//assign重载版本 防止间接寻址
void assign(int n, const T& val)
{
clear();
for (size_t i = n; i > 0; --i)
push_back(val);
}
// 赋值重载的传统写法
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{
assign(lt.begin(), lt.end());
return *this;
}
// 赋值重载的现代写法
//list<T>& operator=(list<T> lt)
//{
// swap(lt);//利用值传递拷贝的临时对象进行交换
// return *this;
//}
//析构函数
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
//size
size_t size() const
{
size_t n = 0;
for (auto e : *this)
++n;
return n;
}
//insert
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
node* cur = pos._node;//记录当前节点
node* prev = cur->_prev;//记录前驱节点
node* newnode = new node(val);//建立新节点
//开始改变指向
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
return iterator(newnode);
}
//erase
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());//确保不是删除哨兵位置
node* prev = pos._node->_prev;
node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
return iterator(next);//利用匿名对象返回
}
//pushback 尾插
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
//pushfront 头插
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
//popback 尾删
void pop_back()
{
erase(--end());
}
//popfront 头删
void pop_front()
{
erase(begin());
}
//clear 只留一个头节点
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
it = erase(it);
}
//resize 如果n小于当前容量的大小，则内容将减少到前n个元素 当n大于容器大小时，则在末尾插入任意容量的内容。
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
size_t sz = size();//记录当前的有效元素的个数
while (n < sz)
{
pop_back();
--sz;
}
while (n > sz)
{
push_back(val);
++sz;
}
}
//empty
bool empty() const
{
return node->next == node;
}
private:
node* _head;
//用来初始化 类内部自己用，设私有
void empty_init()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
};接口暂时就搞这些，如果后面有时间再写些比较复杂的接口，这一篇不太好理解，讲解不到位还请见谅
