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。
| 构造函数（ ( (constructor))） | 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 |
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 |
| rebegin +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】:
| 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 |
| 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 |
list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。
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。
list的各个接口代码，演示：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<list>
#include<vector>
using namespace std;
//list的构造
void constructor()
{
/*list<int> l1();*/
list<int> l2(4, 100);
list<int> l3(l2.begin(), l2.end());
list<int> l4(l3);
int array[5] = { 1,2,3,4,5 };
list<int> l5(array, array+sizeof(array) / sizeof(array[0]));
list<int> l6{ 9,8,7,6,5,4 };
// 用迭代器方式打印l5中的元素
list<int>::iterator it = l5.begin();
for (; it != l5.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l5)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
// 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 << " ";
}
cout << endl;
/*std::list<int> mylist;
for (int i = 1; i <= 5; ++i) mylist.push_back(i);
std::cout << "mylist backwards:";
for (std::list<int>::reverse_iterator rit = mylist.rbegin(); rit != mylist.rend(); ++rit)
std::cout << ' ' << *rit;
std::cout << '\n';*/
}
void TestList2()
{
int array[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
list<int> ls(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
for (auto e : ls)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test3()
{
list<int> lt{ 9,8,7,6,5,4 };
int sz = lt.size();
list<int>::iterator it = lt.begin();
for (int i = 0; i < sz; ++i)
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
// 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]));
L.push_back(4);
L.push_front(0);
Printlist(L);
L.pop_back();
L.pop_front();
Printlist(L);
}
void TestList4()
{
int array1[] = { 1,2,3 };
list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
L.insert(pos, 5, 5);
Printlist(L);
vector<int> v{ 7,8,9 };
L.insert(pos, v.begin(), v.end());
Printlist(L);
L.erase(pos);
Printlist(L);
L.erase(L.begin(), L.end());
Printlist(L);
}
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;
}
void Testiterator()
{
int array[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
list<int> l1(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
l1.erase(it);
++it;
}
}
// 改正
void TestListIterator()
{
int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
l.erase(it++);//erase后it的所指的被删除位置的迭代器失效，通过it++来解决，
//因为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
}
}
int main()
{
constructor();
cout << endl;
list<int> l1{ 1,2,3,45 };
Printlist(l1);
cout << endl;
TestList2();
cout << endl;
test3();
cout << endl;
TestList3();
cout << endl;
TestList4();
cout << endl;
TestList5();
cout << endl;
//Testiterator();
//cout << endl;
TestListIterator();
cout << endl;
return 0;
}
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<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace hcm
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val = T())
:_prev(nullptr)
, _next(nullptr)
, _val(val)
{}
ListNode<T>* _prev;
ListNode<T>* _next;
T _val;
};
template<class T,class Ref,class Ptr>
class ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
public:
typedef Ref Ref;
typedef Ptr Ptr;
public:
//
// 构造
ListIterator(Node* node = nullptr)
:_node(node)
{}
// 具有指针类似行为
Ref operator*()
{
return _node->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
// 迭代器支持移动
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator++(int)
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self& operator--(int)
{
Self& tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l) const
{
return _node != l._node;
}
bool operator == (const Self& l) const
{
return _node == l._node;
}
Node* _node;
};
template<class Iterator>
class ReverseListIterator
{
// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的一个类型，
// 而不是静态成员变量
// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量
// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的
public:
typedef typename Iterator::Ref Ref;
typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
public:
ReverseListIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
// 具有指针类似行为
Ref operator*()
{
Iterator temp(_it);
--temp;
return *temp;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
// 迭代器支持移动
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self& operator++(int)
{
Self temp(*this);
--_it;
return temp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self& operator--(int)
{
Self temp(*this);
++_it;
return temp;
}
// 迭代器支持比较
bool operator!=(const Self& l)const
{
return _it != l._it;
}
bool operator ==(const Self& l) const
{
return _it == l._it;
}
Iterator _it;
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
// 正向迭代器
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T&> const_iterator;
// 反向迭代器
typedef ReverseListIterator<iterator> reverse_iterator;
typedef ReverseListIterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
public:
///
// List的构造
list()
{
CreateHead();
}
list(int n, const T& value = T())
{
CreateHead();
for (int i = 0; i < n; ++i)
push_back(value);
}
template <class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last)
{
CreateHead();
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
list(const list<T>& l)
{
CreateHead();
// 用l中的元素构造临时的temp,然后与当前对象交换
list<T> temp(l.begin(), l.end());
this->swap(temp);
}
list<T>& operator=(list<T> l)
{
this->swap(l);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
///
// List的迭代器
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);
}
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin()const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend()const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
///
// List的容量相关
size_t size()const
{
Node* cur = _head->_next;
size_t count = 0;
while (cur != _head)
{
count++;
cur = cur->_next;
}
return count;
}
bool empty()const
{
return _head->_next == _head;
}
void resize(size_t newsize, const T& data = T())
{
size_t oldsize = size();
if (newsize <= oldsize)
{
// 有效元素个数减少到newsize
while (newsize < oldsize)
{
pop_back();
oldsize--;
}
}
else
{
while (oldsize < newsize)
{
push_back(data);
oldsize++;
}
}
}
// List的元素访问操作
// 注意：List不支持operator[]
T& front()
{
return _head->_next->_val;
}
const T& front()const
{
return _head->_next->_val;
}
T& back()
{
return _head->_prev->_val;
}
const T& back()const
{
return _head->_prev->_val;
}
// List的插入和删除
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void push_front(const T& val)
{
insert(begin(), val);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
// 在pos位置前插入值为val的节点
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
Node* pNewNode = new Node(val);
Node* pCur = pos._node;
// 先将新节点插入
pNewNode->_prev = pCur->_prev;
pNewNode->_next = pCur;
pNewNode->_prev->_next = pNewNode;
pCur->_prev = pNewNode;
return iterator(pNewNode);
}
// 删除pos位置的节点，返回该节点的下一个位置
iterator erase(iterator pos)
{
// 找到待删除的节点
Node* pDel = pos._node;
Node* pRet = pDel->_next;
// 将该节点从链表中拆下来并删除
pDel->_prev->_next = pDel->_next;
pDel->_next->_prev = pDel->_prev;
delete pDel;
return iterator(pRet);
}
void clear()
{
Node* cur = _head->_next;
// 采用头删除删除
while (cur != _head)
{
_head->_next = cur->_next;
delete cur;
cur = _head->_next;
}
_head->_next = _head->_prev = _head;
}
void swap(hcm::list<T>& l)
{
std::swap(_head, l._head);
}
private:
void CreateHead()
{
_head = new Node;
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
private:
Node* _head;
};
}
template<class T>
void PrintList(const hcm::list<T>& l)
{
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
list.cpp
#include"list.h"
// 测试List的构造
void TestList1()
{
hcm::list<int> l1;
hcm::list<int> l2(10, 5);
PrintList(l2);
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
hcm::list<int> l3(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
PrintList(l3);
hcm::list<int> l4(l3);
PrintList(l4);
l1 = l4;
PrintList(l1);
}
// PushBack()/PopBack()/PushFront()/PopFront()
void TestBiteList2()
{
hcm::list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(10);
PrintList(lt);
lt.pop_back();
PrintList(lt);
lt.push_front(0);
PrintList(lt);
lt.pop_front();
PrintList(lt);
}
// 测试insert和erase
void TestBiteList3()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
hcm::list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto pos = l.begin();
l.insert(l.begin(), 0);
PrintList(l);
++pos;
l.insert(pos, 2);
PrintList(l);
l.erase(l.begin());
l.erase(pos);
PrintList(l);
// pos指向的节点已经被删除，pos迭代器失效
cout << *pos << endl;
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
it = l.erase(it);
}
cout << l.size() << endl;
}
// 测试反向迭代器
void TestBiteList4()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
hcm::list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
auto rit = l.rbegin();
while (rit != l.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
const hcm::list<int> cl(l);
auto crit = l.rbegin();
while (crit != l.rend())
{
cout << *crit << " ";
++crit;
}
cout << endl;
}
int main()
{
TestList1();
TestBiteList2();
TestBiteList3();
TestBiteList4();
return 0;
}
运行结果如下：
vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不
同，其主要不同如下：
| vector | list |
|---|---|
| 底层结构：动态顺序表，一段连续空间 | 底层结构：带头结点的双向循环链表 |
| 随机访问：支持随机访问，访问某个元素效率O(1) | 不支持随机访问，访问某个元素效率O(N) |
| 插入和删除：任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低 | 任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1) |
| 空间利用率：底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高 | 底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低 |
| 迭代器：原生态指针 | 对原生态指针(节点指针)进行封装 |
| 迭代器失效：在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效 | 插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响 |
| 使用场景：需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率 | 大量插入和删除操作，不关心随机访问 |