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1. list的介绍和使用
1.1 list的介绍
- list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。
- list的底层是带头双向循环链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向 其前一个元素和后一个元素。
- list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
- 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率 更好。
- 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list 的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间 开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这 可能是一个重要的因素)
1.2 list的使用
1.2.1 list的构造
| 构造函数（constructor） | 接口说明 |
|---|---|
| list() | 构造空的list |
| 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 (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 |
1.2.2 list iterator的使用
从实现结构的角度，迭代器分为三类：
- 单向。++ 例如：单链表、unordered_map、unordered_set
- 双向。++、-- 例如：双链表、map、set、queue
- 随机。++、–、+、- 例如：vector、string、deque
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| begin() + end() | 返回第一个元素的迭代器 + 返回最后一个元素的下一个位置的迭代器 |
| rbegin() + 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：
- begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
- rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动
使用举例：
void test_list1()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();while (rit != lt.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;
}
运行截图：
1.2.3 list capacity
| 函数声明 | 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 |
1.2.4 list element access
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| front | 返回list的第一个节点中值的引用 |
| back | 返回list的最后一个节点中值的引用 |
1.2.5 list modifiers
| 函数声明 | 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 |
代码举例：
list<int> lt;
lt.push_back(1);//尾插
lt.push_front(10);//头插
lt.pop_back();//尾删
lt.pop_front();//头删
lt.insert(lt.begin(), 1);//任意位置插入
lt.erase(lt.begin());//任意位置删除
list<int> l1;
list<int> l2;
l1.swap(l2);//交换l1和l2中的元素
lt.clear();
1.2.6 list的sort接口
使用举例：
void test_list2()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(6);lt.push_back(7);lt.push_back(4);lt.push_back(8);lt.push_back(10);lt.push_back(9);lt.sort();list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}
运行截图：
1.2.7 list的unique
作用：去除重复元素。前提是必须是有序的链表。
使用举例：
void test_list2()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(6);lt.push_back(7);lt.push_back(4);lt.push_back(8);lt.push_back(10);lt.push_back(9);lt.push_back(1);lt.push_back(4);lt.push_back(7);lt.push_back(6);lt.push_back(8);lt.sort();lt.unique();list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}
运行截图：
1.2.8 list的splice
注意：在将x插入到*this之后，x中的节点都消失了，即都被添加到了*this中。
使用举例：
void test_list3()
{list<int> l1;l1.push_back(1);l1.push_back(2);l1.push_back(3);l1.push_back(4);list<int> l2;l2.push_back(10);l2.push_back(20);l2.push_back(30);l2.push_back(40);auto it = l1.begin();it++;l1.splice(it, l2);cout << "l1:";for (auto e : l1){cout << e << " ";}cout << endl;cout << "l2:";for (auto e : l2){cout << e << " ";}cout << endl;
}
运行截图：
2.list的模拟实现
2.1 list的代码实现
template<class T>
struct list_node
{list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;T _data;list_node(const T& val = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(val){}
};template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;Node* _node;__list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &(operator*());//return *_node->_data;}self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}self operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}self operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator!=(const self& it){return _node != it._node;}bool operator==(const self& it){return _node == it._node;}};template<class T>
class mylist
{typedef list_node<T> Node;public:typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;常规写法//mylist(const mylist<T>& lt)//{// _head = new Node;// _head->_next = _head;// _head->_prev = _head;// for (auto e : lt)// {// push_back(e);// }//}//现代写法mylist(const mylist<T>& lt){empty_init();mylist<T> tmp(lt.begin(), lt.end());swap(tmp);}mylist<T>& operator=(mylist<T> lt){swap(lt);return *this;}template<class InputIterator>mylist(InputIterator first, InputIterator last){empty_init();_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;while (first != last){push_back(*first);++first;}}void empty_init(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}void swap(mylist<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);}iterator begin(){return iterator(_head->_next);}const_iterator begin()const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end()const{return const_iterator(_head);}mylist(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}void push_back(const T& x){//Node* tail = _head->_prev;//Node* newnode = new Node(x);tail newnode _head//tail->_next = newnode;//newnode->_prev = tail;//newnode->_next = _head;//_head->_prev = newnode;insert(end(), x);}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* next = cur->_next;//prev nextprev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;return iterator(next);}void pop_back(){erase(--end());}void pop_front(){erase(begin());}//插入在pos位置之前//prev newnode curiterator insert(iterator pos, const T& x){Node* newNode = new Node(x);Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;prev->_next = newNode;newNode->_prev = prev;newNode->_next = cur;cur->_prev = newNode;return iterator(newNode);}~mylist(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}
private:Node* _head;
};
2.2 list 需要注意的点
2.2.1 ->的重载
问：为什么我们要重载->？
答：当mylist存储的自定义类型，例如下面的类型时：
struct AA
{int _a1;int _a2;
}
然后我们想要支持下面的行为（迭代器模拟的是指针，按道理来说应该支持下面的行为）：
cout << it->_a1 << it->_a2 << endl;
所以我们需要对这个进行重载：
T* operator->()
{return &(operator*());//operator*()即_data，所以上面等价于&(_node->_data)
}
问：那么it->_a1是如何访问的呢？
答：
it->等价于it.operator->()，其类型为AA*，所以这个地方还是少了一个->，即接下来的访问方式应该是这样的(it.operator->)->_a1，即真正的表达式应该是这样的：it->->_a1。
但是编译器为了可读性进行了优化，即it->_a1相当于it->->_a1，优化以后，省略了一个箭头。