【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 |
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 |
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 |
- 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
push_back()和emplace_back()的区别
- pop_back()、pop_front()删除数据
- 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
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
- reverse()逆序
- 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
- 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
- splice接口：在给定的迭代器位置插入list对象
- unique：删除重复且相邻数据，仅保留一个
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
- 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
- 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
- 解决办法1
- 解决办法2
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
- 合并普通迭代器和const修饰的迭代器，使用迭代器模版
- 前置++(或–)和后置++(或–)的实现
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
- 头插尾插和头删尾删
3.5 模拟实现list的析构和clear
3.6 模拟实现list的深拷贝
- 赋值运算符重载
- 多参数初始化构造
- 初始化后
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 = lt1
list<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;
}