【C++】第十二节—详解list（list的介绍和使用、模拟完成）
Hi，我是云边有个稻草人^(*￣(oo)￣)^，与你分享所学知识
目录
【补充1】——push_back类和emplace_back类的区别
【vector下和list下sort性能的区别—Release】
正文开始——
一、list的介绍和使用
1.1 list的介绍—带头双向循环链表
1.2 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。
（1）list的构造
| 构造函数 | 接口说明 |
|---|---|
| list (size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造的list中包含n个值为val的元素 |
| list() | 构造空的list |
| list (const list& x) | 拷贝构造函数 |
| list (InputIterator first, InputIterator last) | 用[first, last)区间中的元素构造 list |
（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。
函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| begin()+end() | 返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器 |
| rbegin()+rend() | 返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位 置的reverse_iterator,即begin位置 |
【注意】
- begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
- 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
（3）list capacity
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| empty | 检测list是否为空，是返回true，否则返回false |
| size | 返回list中有效节点的个数 |
（4）list element access
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| front | 返回list的第一个节点中值的引用 |
| back | 返回list的最后一个节点中值的引用 |
（5）list modifiers
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
| pop_front | 删除list中第一个元素 |
| push_back | 在list尾部插入值为val的元素 |
| pop_back | 删除list中最后一个元素 |
| insert | 在list position 位置中插入值为val的元素 |
| erase | 删除list position位置的元素 |
| swap | 交换两个list中的元素 |
| clear | 清空list中的有效元素 |
【补充1】——push_back类和emplace_back类的区别
（这里涉及到前面几节所讲的拷贝构造，隐式类型转换，直接构造啥的，要是忘记了就，反正我是痛苦。复习回来啦，我爱C++）
int main()
{
list lt;
Pos p1(1, 1);
//构造+拷贝构造
lt.push_back(p1);//有名对象，先创建一个对象，再将对象进行push_back
lt.push_back(Pos(2, 2));//匿名对象
lt.push_back({ 2,2 });//隐式类型转换
lt.emplace_back(p1);//那是一个模版，传一个Pos类型的对象，模版参数推出形参的类型为Pos
lt.emplace_back(Pos(2,2));//对于匿名对象，emplace_back的模版参数也可以推导出为Pos类型
//lt.emplace_back({ 2,2 });
//直接构造
lt.emplace_back(3, 3);//但是可以支持这样玩，直接将初始化pos的值给它传过去
return 0;
} - 下面的拷贝构造，是将形参的pos拷贝构造到链表中的节点里面
- lt.push_back({1,1});//本质是隐式类型转换—>这里也是构造+拷贝构造（隐式类型转换，实参传给形参，先用(1,1)构造一个临时对象，形参引用的是临时对象，这种场景下就解释了为什么形参的部分要加上const，因为它引用的临时对象具有常性！）
- lt.emplace_back(1, 1);//不仅仅可以传pos类型的对象，也可以传构造链表里面pos的参数直接最后去构造pos，所以形参也叫可变模版参数
所以相比于push_back，emplace_back的高效之处仅在于直接构造的那种情况！
【补充2】vector和list使用sort的区别
int main()
{
list lt1 = { -1,90,100,-8,34 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//排序sort，默认是升序，less
lt1.sort();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//排降序 >
greater gt;//有名对象做实参，干脆直接用匿名对象:lt1.sort(greater());
lt1.sort(gt);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//对于vector，算法库里面有现成的sort，现在试用一下
vector v1 = { 1,3,-2,90,9 };
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//默认是升序
//sort(v1.begin(), v1.end());
sort(v1.begin(), v1.end(), greater());//现在加入仿函数，> 是降序
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//但是list就不可以使用算法库里面的sort，只能用STL里面的sort
//sort(lt1.begin(), lt2.end(), greater());
return 0;
} 运行结果见下：
（vector的sort底层是递归，算法库里面的sort底层是归并）
【vector下和list下sort性能的区别—Release】
下面是在Release下，对vector使用算法库里面的sort和list使用自己实现的sort各自效率的测试
void test_op1()
{
srand((unsigned int)time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
vector v;
for (int i = 0; i < N; i++)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
v.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
//排序,用算法库里面的sort给vector排序
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();//默认排升序
int end2 = clock();
cout << "vector sort:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "list sort:" << end2 - begin2 << endl;
}
void test_op2()
{
srand((unsigned int)time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
auto e = rand();
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
//拷贝vector
vector v(lt2.begin(), lt2.end());//用迭代器区间进行构造
sort(v.begin(), v.end());
//拷贝回lt2
lt2.assign(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
cout << "vector sort(copy):" << end1 - begin1 << endl;
cout << "list sort:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
test_op1();
test_op2();
return 0;
} 运行结果如下：显而易，要排序的话最好使用vector，vector排序的效率更高！
list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。
1.3 关于上面list的使用所写的全部代码
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
list lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
lt1.push_back(5);
list::iterator it1 = lt1.begin();
while (it1 != lt1.end())
{
cout << *it1 << " ";
it1++;
}
cout << endl;
list lt2 = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto e : lt2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
class Pos
{
int _row;
int _col;
public:
Pos(int row, int col)
:_row(row)
, _col(col)
{ }
};
int main()
{
list lt;
Pos p1(1, 1);
//构造+拷贝构造
lt.push_back(p1);//有名对象，先创建一个对象，再将对象进行push_back
lt.push_back(Pos(2, 2));//匿名对象
lt.push_back({ 2,2 });//隐式类型转换
lt.emplace_back(p1);//那是一个模版，传一个Pos类型的对象，模版参数推出形参的类型为Pos
lt.emplace_back(Pos(2,2));//对于匿名对象，emplace_back的模版参数也可以推导出为Pos类型
//lt.emplace_back({ 2,2 });
//直接构造
lt.emplace_back(3, 3);
return 0;
}
int main()
{
list lt1 = { 1,2,3,4,5 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
int x;
cin >> x;
auto it = find(lt1.begin(), lt1.end(), x);
if (it != lt1.end())
{
lt1.erase(it);
}
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//逆置
lt1.reverse();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
int main()
{
list lt1 = { 1,2,3,4,5,6 };
//LRU最近最少用,将最近最少使用的调到前面去
int x;
while (cin >> x)
{
auto pos = find(lt1.begin(), lt1.end(), x);//直接调用算法库里面的find
lt1.splice(lt1.begin(), lt1, pos);//学会查看文档学习这些接口的用法
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
return 0;
}
int main()
{
list lt1 = { -1,90,100,-8,34 };
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//排序sort，默认是升序，less
lt1.sort();
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//排降序 >
greater gt;//有名对象做实参，干脆直接用匿名对象:lt1.sort(greater());
lt1.sort(gt);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//对于vector，算法库里面有现成的sort，现在试用一下
vector v1 = { 1,3,-2,90,9 };
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//默认是升序
//sort(v1.begin(), v1.end());
sort(v1.begin(), v1.end(), greater());//现在加入仿函数，> 是降序
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//但是list就不可以使用算法库里面的sort，只能用STL里面的sort
//sort(lt1.begin(), lt2.end(), greater());
return 0;
}
void test_op1()
{
srand((unsigned int)time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
vector v;
for (int i = 0; i < N; i++)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
v.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
//排序,用算法库里面的sort给vector排序
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();//默认排升序
int end2 = clock();
cout << "vector sort:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "list sort:" << end2 - begin2 << endl;
}
void test_op2()
{
srand((unsigned int)time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
auto e = rand();
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
//拷贝vector
vector v(lt2.begin(), lt2.end());//用迭代器区间进行构造
sort(v.begin(), v.end());
//拷贝回lt2
lt2.assign(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
cout << "vector sort(copy):" << end1 - begin1 << endl;
cout << "list sort:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
test_op1();
test_op2();
return 0;
}
二、list模拟实现
- const 容器必须使用 const 迭代器进行遍历，const 迭代器不是迭代器本身不能修改而是迭代器指向的内容不能修改
2.1 模拟实现list
要模拟实现list，必须要熟悉list的底层结构以及其接口的含义，通过上面的学习，这些内容已基本掌握，现在我们来模拟实现list。
list.h
#pragma once
#include
namespace bit
{
// 惯例
// 全部都是公有，一般用struct
template
struct list_node
{
T _data;
list_node* _next;
list_node* _prev;
list_node(const T& x = T())
:_data(x)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{
}
};
// typedef list_iterator iterator;
// typedef list_iterator const_iterator;
template
struct list_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef list_iterator 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;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s)
{
return _node == s._node;
}
};
/*template
struct list_const_iterator
{
typedef list_node Node;
typedef list_const_iterator Self;
Node* _node;
list_const_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
const T& operator*()
{
return _node->_data;
}
const T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self operator--(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _node != s._node;
}
};*/
template
class list
{
typedef list_node Node;
public:
/*typedef list_iterator iterator;
typedef list_const_iterator const_iterator;*/
typedef list_iterator iterator;
typedef list_iterator const_iterator;
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);
}
void empty_init()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
// lt2(lt1)
list(const list& lt)
{
empty_init();
//引用，减少拷贝
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//对于类模版而言，类名不能代表类型要加上模版参数，在类里面的时候可以去掉模版参数
// lt2 = lt3
//list& operator=(list lt)
list& operator=(list lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
//清掉头结点+clear
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void swap(list& tmp)
{
std::swap(_head, tmp._head);
std::swap(_size, tmp._size);
}
//清掉所有除头结点之外的节点
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
list(size_t n, const T& val = T())
{
empty_init();
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
void push_back(const T& x)
{
/*Node* new_node = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
tail->_next = new_node;
new_node->_prev = tail;
new_node->_next = _head;
_head->_prev = new_node;*/
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
//不会导致迭代器失效
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(val);
Node* prev = cur->_prev;
// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
++_size;
return iterator(newnode);
}
//erase会导致迭代器失效
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* del = pos._node;
Node* prev = del->_prev;
Node* next = del->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete del;
--_size;
return iterator(next);
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
template
void swap(T& a, T& b)
{
T c(a); a = b; b = c;
}
//bit::swap(i, j);
//bit::swap(lt1, lt2);此时编译器会调用swap(list)更适配，但是内部调用的是list内部的swap
//这里是全局提供专给list的swap，但是调用的是list容器内部的swap，就是为了防止误用
template
void swap(list& a, list& b)
{
a.swap(b);
}
} 运算符重载-> ,第一个->的结果是Pos*，第二个是找Pos这个结构体里面的_row。
list.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
//int main()
//{
// list lt1;
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
// lt1.emplace_back(10);
//
// list lt2 = {1,2,3,4,5};
//
// list::iterator it1 = lt1.begin();
// while (it1 != lt1.end())
// {
// cout << *it1 << " ";
// ++it1;
// }
// cout << endl;
//
// for (auto e : lt2)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// return 0;
//}
class Pos
{
public:
int _row;
int _col;
Pos(int row = 0, int col = 0)
:_row(row)
, _col(col)
{
cout << "Pos(int row, int col)" << endl;
}
Pos(const Pos& p)
:_row(p._row)
, _col(p._col)
{
cout << "Pos(const Pos& p)" << endl;
}
};
//int main()
//{
// list lt;
//
// // 构造+拷贝构造
// Pos p1(1, 1);
// lt.push_back(p1);
// lt.push_back(Pos(2, 2));
// lt.push_back({3,3});
//
// lt.emplace_back(p1);
// lt.emplace_back(Pos(2, 2));
// //lt.emplace_back({ 3,3 });
//
// // 直接构造
// lt.emplace_back(3, 3);
//
// return 0;
//}
//int main()
//{
// list lt1 = { 1,2,3,4,5 };
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// int x;
// cin >> x;
// auto it = find(lt1.begin(), lt1.end(), x);
// if (it != lt1.end())
// {
// lt1.erase(it);
// }
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// return 0;
//}
//int main()
//{
// list lt1 = { 1,2,3,4,5 };
// // LRU
// int x;
//
// while (cin >> x)
// {
// auto pos = find(lt1.begin(), lt1.end(), x);
// if (pos != lt1.end())
// {
// lt1.splice(lt1.begin(), lt1, pos);
// }
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// }
//
// cout << "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx" << endl;
//
// return 0;
//}
//int main()
//{
// list lt1 = { 1,20,3,-4,5 };
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// // <
// //lt1.sort();
// // >
// /*greater gt;
// lt1.sort(gt);*/
// lt1.sort(greater());
//
// // 不能用
// //sort(lt1.begin(), lt1.end(), greater());
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// vector v1 = { 1,20,3,-4,5 };
// for (auto e : v1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// //sort(v1.begin(), v1.end());
// sort(v1.begin(), v1.end(), greater());
// for (auto e : v1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
//
// return 0;
//}
void test_op1()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
vector v;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
v.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// 排序
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
void test_op2()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list lt1;
list lt2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand();
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// 拷贝vector
vector v(lt2.begin(), lt2.end());
// 排序
sort(v.begin(), v.end());
// 拷贝回lt2
lt2.assign(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
printf("list copy vector sort copy list sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
//
//int main()
//{
// test_op1();
// test_op2();
//
// return 0;
//}
#include"List.h"
//int main()
//{
// bit::list lt1;
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(1);
//
// bit::list::iterator it1 = lt1.begin();
// while (it1 != lt1.end())
// {
// *it1 = 2;
//
// cout << *it1 << " ";
// ++it1;
// }
// cout << endl;
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// bit::list lt2;
// Pos p1(1, 1);
// lt2.push_back(p1);
// lt2.push_back(Pos(2, 2));
// lt2.push_back({3,3});
//
// bit::list::iterator it2 = lt2.begin();
// while (it2 != lt2.end())
// {
// //cout << (*it2)._row << ":" << (*it2)._col << endl;
// // 为了可读性，特殊处理，省略了一个->
// cout << it2->_row << ":" << it2->_col << endl;
// cout << it2.operator->()->_row << ":" << it2.operator->()->_col << endl;
//
// ++it2;
// }
// cout << endl;
//}
//int main()
//{
// const bit::list lt1(10, 1);
//
// // const int* p1
// // int* const p2
// bit::list::const_iterator it1 = lt1.begin();
// while (it1 != lt1.end())
// {
// //*it1 = 2;
// cout << *it1 << " ";
// ++it1;
// }
// cout << endl;
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// return 0;
//}
//int main()
//{
// bit::list lt1;
// lt1.push_back(1);
// lt1.push_back(2);
// lt1.push_back(3);
// lt1.push_back(4);
// lt1.push_front(0);
// lt1.push_front(-1);
//
// bit::list::iterator it1 = lt1.begin();
// while (it1 != lt1.end())
// {
// cout << *it1 << " ";
// ++it1;
// }
// cout << endl;
//
// lt1.pop_front();
// lt1.pop_back();
//
// for (auto e : lt1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// bit::list lt2(lt1);
// for (auto e : lt2)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//
// bit::list lt3(10, 1);
// lt2 = lt3;
// for (auto e : lt2)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
//}
int main()
{
bit::list lt1;
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(2);
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(4);
lt1.push_front(0);
lt1.push_front(-1);
bit::list lt2(10, 1);
//lt1.swap(lt2);
int i = 1, j = 2;
bit::swap(i, j);
bit::swap(lt1, lt2);
for (auto e : lt1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : lt2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
list 结束！
完——
—— Jackal
至此结束——
我是云边有个稻草人
期待与你的下一次相遇。。。。。。
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