【C++初阶】第12课—list

文章目录

  • 1. list的构造
  • 2. list迭代器的常见接口
    • 2.1 list遍历的迭代器接口
    • 2.2 list修改数据的迭代器接口
    • 2.3 list排序、逆序、合并相关操作的成员函数
  • 3. 模拟实现list
    • 3.1 模拟实现list的构造
    • 3.2 模拟实现list的尾插
    • 3.3 模拟实现迭代器iterator
    • 3.4 模拟实现list的插入删除
    • 3.5 模拟实现list的析构和clear
    • 3.6 模拟实现list的深拷贝
  • 4. 代码

   相信学过string和vector容器后，对于list应该游刃有余了，接下来我将带大家将list的大致框架过一遍，然后来模拟实现下list。

  • 首先介绍下list，list其实就是C++实现的一个带头节点的双向链表，当然如果想了解单链表的话，也可以学习forward_list

1. list的构造

构造函数接口说明
list(size_t n, const size_type& val)用n个val值来构造list对象
list(Inputiterator first, Inputiterator last)用迭代器区间构造list对象
list(const list& lt)用list对象lt来构造list对象

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2. list迭代器的常见接口

2.1 list遍历的迭代器接口

迭代器接口说明
begin()指向list对象中的第一个数据
end()指向list对象最后一个数据的下个位置
rbegin()指向反向迭代器的第一个数据
rend()指向反向迭代器的最后一个元素的前一个位置
empty()判断list对象是否为空
size()返回list对象有效数据个数
front()返回list对象的第一个数据
back()返回list对象的最后一个数据

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2.2 list修改数据的迭代器接口

迭代器接口说明
assign()为list容器重新分配内容，并相应修改容器容量大小
push_back()尾插数据
emplace_back()尾部插入数据
pop_back()尾删数据
push_front()头插数据
pop_front()头删数据
emplace_front()头部插入数据
insert()指定位置插入数据
erase()删除指定位置数据
swap()交换两个list对象里面的数据和size
clear()删除list里面的所有数据，size置为0

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  • 当然assign()也可以使用迭代器进行初始化
  • 需要注意的是，C++实现的迭代器分为3种：单向迭代器、双向迭代器、随机迭代器
  • 单向迭代器只支持++不支持 - -
  • 双向迭代器支持++和 - -
  • 随机迭代器只支持++、 - - 、+ 、 -
  • 恰好list模版实现时就是双向迭代器

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  • push_back()和emplace_back()的区别

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  • pop_back()、pop_front()删除数据

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  • 由于list模版中没有实现find函数查找，因此需要调用算法库实现的find()函数模版

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2.3 list排序、逆序、合并相关操作的成员函数

迭代器接口说明
splice将另一个列表（或同一列表的另一个部分）的元素移动到当前列表的指定位置
remove删除容器中等于val值的元素
reverse将list对象的数据逆序排列
merge合并
sort排序(使用的归并排序)
unique删除list中重复且相邻的数据，只保留一个
  • list里面的remove(const value_type& val)会删除list对象中所有等于val值的数据

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  • reverse()逆序

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  • 其实这里有个疑问需要解释下：C++算法库里面实现有sort()排序模版，为什么这里还要实现sort呢？
  • 这是因为算法库实现的sort容器是随机迭代器版本，对于链表来说不支持随机访问，只能从头遍历，因此list实现了一个sort排序的接口，主要利用归并排序可以很好的解决这个问题

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  • merge接口：用来合并两个list对象，并且会将合并的list对象置size为空
  • list中merge使用时，需要注意两个list是已经排好序的，否则无法使用

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  • splice接口：在给定的迭代器位置插入list对象

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  • unique：删除重复且相邻数据，仅保留一个

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3. 模拟实现list

3.1 模拟实现list的构造

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3.2 模拟实现list的尾插

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3.3 模拟实现迭代器iterator

  • list是双向链表，链表的每个节点都是单独存在的，因此链表不是连续的物理空间
  • list的每个节点都保存了指向上个节点和下个节点的指针，分别为prev、next，另外每个节点还存储了数据data
  • 由于list不是连续的物理空间，实现list时就不能使用typedef T* iterator这样的方式，因为迭代器++时找不到下个节点的位置
  • 由于迭代器指的是具有像指针一样行为的容器，那么就可以将迭代器单独封装为一个类
  • 链表的结构图
    在这里插入图片描述

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  • list除了存储一些内置类型的数据，有时还会存储自定义类型的数据
  • 而自定义类型的对象往往不支持流插入操作，这就回导致迭代器访问时出现报错

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  • 解决办法1

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  • 解决办法2

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  • const修饰的迭代器版本
//const修饰的迭代器
template<class T>
struct list_const_iterator
{typedef list_node<T> Node;Node* node;//迭代器的构造函数list_const_iterator(Node* _node):node(_node){}//解引用操作符*重载const T& operator*(){return node->data;}//解引用操作符->重载const T* operator->(){return &node->data;}//++运算符重载list_const_iterator<T>& operator++(){node = node->next;return *this;}//!=运算符重载bool operator!=(const list_const_iterator<T>& it){return node != it.node;}//==运算符重载bool operator==(const list_const_iterator<T>& it){return node == it.node;}
};
  • const修饰的迭代器本身可以修改，但是指向的内容是不可以修改的
  • const迭代器使用

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  • 合并普通迭代器和const修饰的迭代器，使用迭代器模版

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  • 前置++(或–)和后置++(或–)的实现

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前置++是先++后再使用，因此是++走向下个节点后返回自身的引用；而后置++是先使用再++，因此是先返回自身再走向下个节点，需要创建临时对象tmp来保存节点更改前的迭代器
这里需要注意的是，为了区分前后置++，默认给后置++的形参参数为int，这里int仅做区分使用。由于前置++不需要创建临时对象，因此对比之下更高效

3.4 模拟实现list的插入删除

  • insert(指定位置)插入和erase(指定位置)删除

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  • 头插尾插和头删尾删

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3.5 模拟实现list的析构和clear

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3.6 模拟实现list的深拷贝

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  • 赋值运算符重载

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  • 多参数初始化构造

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  • 初始化后

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4. 代码

  • 头文件代码
#pragma once#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <list>
#include <vector>
#include <assert.h>
using namespace std;namespace TT
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* prev;list_node<T>* next;T data;//构造初始化list_node(const T& x = T()):prev(nullptr),next(nullptr),data(x){ }};template<class T,class Ref,class Ptr>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* _node):node(_node){}//解引用操作符*重载Ref operator*(){return node->data;}//解引用操作符->重载Ptr operator->(){return &node->data;}//(前置)++运算符重载Self& operator++(){node = node->next;return *this;}//(后置)++运算符重载Self operator++(int){Self tmp(*this);node = node->next;return tmp;}//(前置)--运算符重载Self& operator--(){node = node->prev;return *this;}//(后置)--运算符重载Self operator--(int){Self tmp(*this);node = node->prev;return tmp;}//!=运算符重载bool operator!=(const Self& it){return node != it.node;}//==运算符重载bool operator==(const Self& it){return node == it.node;}};//const修饰的迭代器//template<class T>//struct list_const_iterator//{//	typedef list_node<T> Node;//	Node* node;//	//迭代器的构造函数//	list_const_iterator(Node* _node)//		:node(_node)//	{}//	//解引用操作符*重载//	const T& operator*()//	{//		return node->data;//	}//	//解引用操作符->重载//	const T* operator->()//	{//		return &node->data;//	}//	//++运算符重载//	list_const_iterator<T>& operator++()//	{//		node = node->next;//		return *this;//	}//	//!=运算符重载//	bool operator!=(const list_const_iterator<T>& it)//	{//		return node != it.node;//	}//	//==运算符重载//	bool operator==(const list_const_iterator<T>& it)//	{//		return node == it.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(){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);}size_t size(){return _size;}size_t size() const{return _size;}void empty_init(){head = new Node;head->prev = head;head->next = head;_size = 0;}//构造list(){empty_init();}//多参数初始化list(initializer_list<T> lt){empty_init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}//深拷贝--->lt2(lt1)list(const list<T>& lt){empty_init();for (auto e : lt){push_back(e);}}//swap交换void swap(const list<T>& lt){std::swap(head, lt.head);std::swap(_size, lt._size);}//赋值运算符重载--->lt3 = lt1list<T>& operator=(const list<T> lt){swap(lt);return *this;}//尾插void push_back(const T& x){//Node* newnode = new Node(x);//Node* tail = head->prev;//newnode->prev = tail;//tail->next = newnode;//newnode->next = head;//head->prev = newnode;insert(end(), x);}//头插void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}//头删void pop_front(){erase(begin());}//尾删void pop_back(){erase(--end());}//pos位置插入数据void insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos.node;Node* prev = cur->prev;Node* newnode = new Node(x);prev->next = newnode;newnode->prev = prev;newnode->next = cur;cur->prev = newnode;++_size;}//erase删除指定位置节点iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos.node;Node* PrevNode = cur->prev;Node* NextNode = cur->next;PrevNode->next = NextNode;NextNode->prev = PrevNode;delete cur;--_size;return iterator(NextNode);}//析构~list(){clear();delete head;head = nullptr;}//clear清除void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}private:Node* head;size_t _size;};
}
  • 后缀cpp代码
#include "list.h"
#include<algorithm>struct A
{A(int a1 = 1, int a2 = 1):_a1(a1),_a2(a2){ }int _a1;int _a2;
};void list_test1()
{TT::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);TT::list<int>::iterator it = lt1.begin();while (it != lt1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}void Print(const TT::list<A>& lt)
{TT::list<A>::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//it->_a1 += 1;cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;;++it;}cout << endl;
}void list_test2()
{TT::list<A> lt1;lt1.push_back({ 1,1 });lt1.push_back({ 2,2 });lt1.push_back({ 3,3 });lt1.push_back({ 4,4 });TT::list<A>::iterator it1 = lt1.begin();while (it1 != lt1.end()){//cout << (*it1)._a1 << ":" << (*it1)._a2 << endl;it1->_a1 += 1;cout << it1->_a1 << ":" << it1->_a2 << endl;++it1;}cout << endl;Print(lt1);
}void list_test3()
{TT::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.push_back(78);lt1.push_back(99);lt1.push_front(100);lt1.push_front(300);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.pop_back();lt1.pop_front();for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}void test_list4()
{TT::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;TT::list<int> lt2(lt1);lt1.clear();for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;TT::list<int> lt3 = lt2;for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;TT::list<int> lt4 = { 10,20,30,40 };for (auto e : lt4){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{//list_test1();//list_test2();//list_test3();test_list4();return 0;
}

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