C++ —— list

1.list 的介绍及使用

1.1 list 的介绍

数据结构的双向链表是参考 list 来写的。

与vector最大的不同是：list 不支持下标+[ ]的访问。

void test_list1()
{list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);list<int>::iterator it1 = lt1.begin();while (it1 != lt1.end()){cout << *it1 <<" ";++it1;}cout << endl;for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;}int main()
{test_list1();return 0;
}

运行结果：

1.2 list的使用

1.2.1 assign是一种赋值：

void test_list2()
{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.assign(10, 1);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.assign(2, 1);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;}

运行结果：

1.2.2 emplace:

在结构或者是自定义类型中才会与push_back有差异（只是了解）

void test_list3()
{list<int> lt1;//只能插入intlt1.push_back(1);lt1.push_back(2);//可以插入intlt1.emplace_back(3);lt1.emplace_back(4);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;list<A> lt2;A aa1(2, 2);lt2.push_back(aa1);     //有名对象lt2.push_back(A(2,2));  //匿名对象lt2.push_back({2,2});   //隐式类型转换lt2.emplace_back(aa1); lt2.emplace_back(A(2, 2));  //lt2.emplace_back({ 2,2 });   //不能用隐式类型转换，没办法推导类型//更高效——直接构造lt2.emplace_back(2, 2);  }

1.2.3 remove：可以理解为是find和erase的一个结合，有这个值就删掉

void test_list4()
{list<int> lt1 = { 10,2,6,32,2,4,5,2,2 };for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.remove(122);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.remove(5);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;//删除所有的2lt1.remove(2);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

运行结果：

1.2.4 sort：算法库中有sort为什么list中还要单独提供sort？

在这里运行时是不支持的，因为算法库里面的 sort 里面的迭代器是用减的：

但是链表的迭代器支持++、-- 但是不支持 -。这里涉及到迭代器的详细知识：

算法是借助迭代器作用到容器上面的，不同的算法是对迭代器有不同的要求的：

算法库中的算法为什么不支持？

算法库中的算法其实是一个快排，快排必然要用到 '-' 之类的。在list中，算法库不支持sort所以我们自己实现一个sort，链表不能用快排堆排之类的。归并的效率较高，用的就是归并（很复杂）。（了解就好）

默认是升序，如果要调整为降序的话会涉及到仿函数。

void test_list5()
{list<int> lt1 = { 10,2,6,32,2,4,5,2,2 };for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;//不支持，因为sort要求要用随机迭代器//sort(lt1.begin(), lt1.end());// < 升序lt1.sort();for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;//// > 降序//greater<int> gt;//lt1.sort(gt);lt1.sort(greater<int>());for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

list 中的 sort 知道就可以了，能不用就不用，数据量小浅浅的用一用，数据量大的就能不用就不用。

1.2.5 unique：去重算法(O(n))，只能去掉连续重复的值

想要达到去掉重复值，只保留一个值的话先用sort进行排序，让重复的值都排在一起，然后用unique来进行对重复值的删除：

void test_list6()
{list<int> lt1 = { 10,3,3,3,3,6,32,2,4,5,2,2 };for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.sort();for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.unique();for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

运行结果：

unique的原理是双指针：

1.2.6 splice：进行转移

void test_list7()
{list<int> lt1 = { 1,2,3,4,5,6 };for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;//将1调整到尾部去：lt1.splice(lt1.end(), lt1, lt1.begin());for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

运行结果：

2. list和迭代器的简单定义：

#pragma oncenamespace ysy
{template<class T>struct list_node{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _data;list_node(const T& x=T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_data(x){ }};template<class T>struct list_iterator{typedef list_node<T> Node;Node* _node;struct list_iterator(Node* node):_node(node){}T& operator*(){return _node->_data;}list_iterator<T>& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}bool operator!=(const list_iterator<T>& it){return _node != it._node;}};template<class T>//什么时候用struct？——定义节点的时候class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef list_iterator<T> iterator;iterator begin(){//return iterator(_head->_next);  //匿名对象iterator it(_head->_next);  //有名对象return it;}iterator end(){return iterator(_head);}list(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}void push_back(const T& x){Node* newnode = new Node(x);Node* tail = _head->_prev;tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;_head->_prev = newnode;newnode->_next = _head;}private:Node* _head;};
}

用一个类型去封装一个结点的指针，因为要重载运算符才能达到我们自己的一些目的

结点的指针可以构造一个迭代器，迭代器实现的内核还是结点的指针。

迭代器功能进行进一步的加强：

void test_ysylist2()
{ysy::list<A> lt2;lt2.push_back({ 1,1 });lt2.push_back({ 2,2 });lt2.push_back({ 3,3 });lt2.push_back({ 4,4 });ysy::list<A>::iterator it = lt2.begin();while (it != lt2.end()){//cout << *it << " ";  //不能cout，因为这里调用operator*,node.data是一个A类型的对象//A类型的对象不支持流插入，也可以自己再写上A类型的流插入// 如果不写上对应A类型的流插入的话，就应该像下面那样写：cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;++it;}cout << endl;
}

运行结果：

但是这样的话就会面临第二个问题：

cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;

(*it) 返回 data 数据，data数据是一个A类型的数据， (*it)._a1这样就可以取到它里面的数据，A*取数据是用箭头：-> ，所以要重载一个箭头这样的运算符：

下一个问题，假设现在有一个const对象。要遍历这个容器要用const迭代器来遍历，const迭代器怎么写？

	template<class T>struct list_const_iterator{typedef list_node<T> Node;Node* _node;struct list_const_iterator(Node* node):_node(node){}const T& operator*(){return _node->_data;}const T* operator->(){return &_node->_data;}list_const_iterator<T>& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}bool operator!=(const list_const_iterator<T>& it){return _node != it._node;}bool operator==(const list_const_iterator<T>& it){return _node == it._node;}};template<class T>//什么时候用struct？——定义节点的时候class list{typedef list_node<T> Node;public:typedef list_iterator<T> iterator;typedef list_const_iterator<T> const_iterator;iterator begin() {//return iterator(_head->_next);  //匿名对象iterator it(_head->_next);  //有名对象return it;}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);  //有名对象}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}list(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}void push_back(const T& x){Node* newnode = new Node(x);Node* tail = _head->_prev;tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;_head->_prev = newnode;newnode->_next = _head;}private:Node* _head;};
}

void test_ysylist2()
{	ysy::list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);Print(lt1);
}

运行结果：

以上两个类的重复度很高，还有其他的办法吗？——当然有，将它们两个合成一个模板！

typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

	template<class T,class Ref ,class Ptr>struct list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;struct list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}Self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}bool operator!=(const Self& it){return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it){return _node == it._node;}

vector在之前的stl_30代码中迭代器使用的就是原生指针，但是现在库里面的迭代器都不是用原生指针实现的：不用原生指针实现迭代器，可以根据自己的需求更精准地去控制它的行为

#include<vector>
int main()
{cout << typeid(vector<int>::iterator).name() << endl;return 0;
}

3.链表的增删查改：

3.1 链表的插入：不存在迭代器失效的问题

		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;}

3.2 链表的删除：会导致迭代器的失效，pos已经野指针了，所以要更新一下迭代器

		iterator erase(iterator pos){//不能删除头结点assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* nextNode = cur->_next;Node* prevNode = cur->_prev;prevNode->_next = nextNode;nextNode->_prev = prve;delete cur;return iterator(nextNode);}

3.3 尾插、头插、头删、尾删的实现：都是依靠基础的删除和插入的操作的实现的。

void push_back(const T& x)
{/*Node* newnode = new Node(x);Node* tail = _head->_prev;tail->_next = newnode;newnode->_prev = tail;_head->_prev = newnode;newnode->_next = _head;*/insert(end(),x);}void push_front(const T& x)
{insert(begin(), x);
}void pop_front()
{erase(begin());
}void pop_back()
{erase(--end());
}

void test_ysylist3()
{ysy::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_front(5);lt1.push_front(6);for (auto& e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.pop_back();lt1.pop_back();lt1.pop_front();lt1.pop_front();for (auto& e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

运行结果：

3.4 size的实现：

	template<class T>//什么时候用struct？——定义节点的时候class list{typedef list_node<T> Node;public:/*typedef list_iterator<T> iterator;typedef list_const_iterator<T> const_iterator;*/typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;list(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}size_t size() const{return _size;}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;}iterator erase(iterator pos){//不能删除头结点assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* nextNode = cur->_next;Node* prevNode = cur->_prev;prevNode->_next = nextNode;nextNode->_prev = prevNode;delete cur;--_size;return iterator(nextNode);}private:Node* _head;size_t _size;};
}

3.5 list的深浅拷贝：

void test_ysylist4()
{ysy::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;ysy::list<int> lt2(lt1);lt1.clear();for (auto& e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto& e : lt2){cout << e << " ";}cout << endl;}

void empty_init()
{_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;
}list()
{empty_init();
}//深拷贝 lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{empty_init();for (auto& e : lt){push_back(e);}
}~list()
{clear();delete _head;_head = nullptr;
}void clear()
{iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);  //迭代器失效的问题}
}

运行结果：

3.6 赋值的实现：

	ysy::list<int> lt3;lt3.push_back(10);lt3.push_back(20);lt3.push_back(30);lt3.push_back(40);lt1 = lt3;for (auto& e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;

运行结果：

调试结果：

lt1和lt3指向的头结点都是同一个，说明就是浅拷贝。

3.7 深拷贝实现的代码：

		//lt1 = lt3list<T>& operator=(list<T> lt)   //现代写法精华：这里用传值{swap(lt);return *this;}void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}

3.8 列表初始化的实现：

ysy::list<int> lt3 = {10,20,30,40};

	list(initializer_list<T> lt){empty_init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}

4. list迭代器失效

此处的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结点的无效，即该结点被删除了。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，其他迭代器是不会受到影响。

5. list 和 vector的对比

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，一段连续的空间	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，实践复杂度为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	底层结点动态来开辟，小结点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存效率低
迭代器	原生态指针	对原生态指针(结点指针)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