深入解析：C++ list 容器全解析：从构造到模拟实现的深度探索----《Hello C++ Wrold!》(16)--(C/C++)
前言
在 C++ 标准模板库（STL）的众多容器中，list 以其独特的双向链表结构占据着重要地位。与 vector 的连续内存布局不同，list 通过节点间的指针连接实现元素存储，这使得它在插入、删除操作上具备无可替代的优势，但也带来了访问方式和迭代器特性上的差异。
本文将围绕 list 容器展开全方位解析，从最基础的构造方法讲起，深入剖析其迭代器的特性与分类，详细介绍各类常用接口的功能与使用注意事项，更会带你直击 list 的底层实现逻辑 —— 通过模拟实现来理解其节点设计、迭代器重载及核心成员函数的工作原理。无论是初学者想要掌握 list 的基本用法，还是有经验的开发者希望深入理解其底层机制，本文都将为你提供清晰且系统的知识框架，助你彻底搞懂这个 “灵活多变” 的容器。
构造list的几种方法
list的迭代器
begin+end
rbegin+rend
cbegin+cend(就是在原来begin+end基础上不让对迭代器进行修改了)
crbegin+crend(就是在原来rbegin+rend基础上不让对迭代器进行修改了)
注意:list这里迭代器: it = c.begin();//假设c是list类型的
while(it!=c.end()) {it++;}
这里不能写成it
引申:STL中不同容器的迭代器
单向(只能++): forward_list unordered_set/map
双向(++或--):list map set
随机(++或--或+或-): vector/string/deque
可以从这里看出来，这个迭代器是双向迭代器
list容器的其他接口
list没有[]了，只能用迭代器去访问了
empty size还在,但是没有capacity
front–返回第一个节点中 值的引用
st.front() 假设st是list类型的
back–返回list最后一个节点中 值的引用
push_front 在首元素前插入值为val的元素
pop_front 删除第一个元素
push_back 在尾部插入值为val的元素
pop_back 删除最后一个元素
insert（它的形参迭代器不会失效） erase(他的形参迭代器会失效，但是其返回值是下一个元素的迭代器)
clear
swap–交换两个list中的元素
sort reverse(reverse一般习惯还是用算法库里面的,但是list不能用算法库里面的sort–底层原因)
list的sort接口
只在数据量小并且只排几次的情况下用
在数据量大并且频繁排序的情况下，list的sort还没有把数据转移到vector去排序完再转回来的所用时间短(release下是这样的)
引申:所以处理数据要选择对的容器!
list的模拟实现
list是含头节点的双向循环链表(头节点不存数据哈)
namespace renshen
{
template<
class T
>
struct list_node
{
list_node<T>
* _next;
list_node<T>
* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _val(val)
{
}
};
//T() 是值初始化表达式，主要用于创建一个类型为 T 的 “默认值” 对象
template<
class T
, class Ref
, class Ptr
>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
//不能直接类名拿过来，要加模板参数<T>
//没有模板参数的话，类名是可以当作类型使用的
//下面是迭代器的模拟实现:
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> iterator;
//这里的iterator有时也写成self--自己喜欢写成iterator
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{
}
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}//迭代器解引用得到的是值
Ptr operator->
()
{
return &_node->_val;
}
iterator&
operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
iterator operator++(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
iterator&
operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
iterator operator--(int)
{
iterator tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const iterator& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const iterator& it) const
{
return _node == it._node;
}
};
template<
class T
>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&
, T*> iterator;
//typedef放在public里面的话，在外面eg:main里面list<int>::iterator it = ....这样也能用
typedef __list_iterator<T, const T&
, const T*> const_iterator;
//const_iterator是想指向的内容不被修改，但是自己本身能被修改
// typedef const __list_iterator<T> const_iterator;
// 这样设计是迭代器本身不能修改
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
//本来应该是return iterator(_head->next);
//但是iterator有单参数的构造函数->所以支持隐式类型转换
//其实也就是只有一个参数的就可以
iterator end()
{
return _head;
}//这个end其实是在哨兵位
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
list(const list<T>
& lt)
//list(const list& lt)--拷贝构造
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list<T>
& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
//理解这里swap会把什么给交换了
std::swap(_size, lt._size);
}
list<T>
&
operator=(list<T> lt)
//list& operator=(list lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
_size = 0;
}//只清除数据，没有清除空间
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
// pos位置之前插入
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
++_size;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
--_size;
return next;
}
size_t size()
{
/*size_t sz = 0;
iterator it = begin();
while (it != end())
{
++sz;
++it;
}
return sz;*/
return _size;
}//---size的两种实现方法
//一种就是注释了的部分，另一种就是_size搞成成员变量，会变动容量的函数里面都对_size进行改动
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
注意:
1.拷贝构造和赋值时，类型可以直接写类的名字,不用加模板参数(那些容器的模拟实现也是这样的，比如:vector)–自己不建议用
引申:
1.多用前置++,少用后置++（效率问题–自定义类型有这个问题）
2.指针是->，实例化的对象是.
3.自己重载的运算符的优先级是跟内置的运算符本身是一样的
4.函数里面用new这些开辟的空间，在函数外面也是可以使用的
迭代器不要eg: int* it = v.begin();这样，因为迭代器不一定是原生指针
(这里举的v是vector<
int>类型的)
一个补充知识
struct A
{
A(int a1 = 0, int a2 = 0)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{
}
int _a1;
int _a2;
};
void test_list1()
{
list<A> lt;
lt.push_back(A(1, 1));
lt.push_back(A(2, 2));
lt.push_back(A(3, 3));
lt.push_back(A(4, 4));
list<A>
::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
//cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;
cout << it->_a1 <<
" " << it->_a2 << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
这里的it->_a2严格来说，应该写成it->->a2才是符合语法的
但是运算符重载要求可读性，所以这里规定了编译器会特殊处理，所以可以省略一个->
作业部分
对于list有迭代器it, 当erase(it)后，说法错误的是(C)
A.当前迭代器it失效
B.it前面的迭代器仍然有效
C.it后面的迭代器失效
D.it后面的迭代器仍然有效
下面有关vector和list的区别，描述正确的是(AB)
A.vector拥有一段连续的内存空间，因此支持随机存取，如果需要高效的随机读取，应该使用vector
B.list拥有一段不连续的内存空间，如果需要大量的插入和删除，应该使用list
下面有关vector和list的区别，描述正确的是(A)
A.两者在尾部插入的效率一样高
B.两者在头部插入的效率一样高
C.两者都提供了push_back和push_front方法
原因:vector由于在头部插入数据效率很低，所以没有提供push_front方法
浙公网安备 33010602011771号