C++学习第九天（list及其模拟实现）

本文主要是介绍C++学习第九天（list及其模拟实现），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、list介绍

• list是可以在常熟范围内任意位置进行 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的底层是双向链表结构，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和forward_list非常相似，最主要不同的是forward_list是单链表，只能朝前迭代，以让其更简单高效。
• list可以在任何位置进行插入，移除元素的效率更高
• 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。

 2、list的使用

list中的接口比较多，一下是常见的重要接口

list的构造

构造函数	接口说明
list(size_type n,const value_type& val = value_type())	构造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)	用[first, last)区间中的元素构造list

list iterator的使用

函数声明	接口说明
begin + end	返回第一个元素迭代器+返回最后一个元素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，返回最后一个元素的下一个位置的reverse_iterator，即begin位置

【ATT】

• begin和end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
• rbegin和rend为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

list capacity的使用

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

list element access的使用

函数声明	借口说明
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

list modifiers的使用

函数声明	接口说明
push_front	在list的首元素前面插入值为val的元素
pop_front	删除list中的第一个元素
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位置插入值为val的元素
erase	删除list position位置的元素
swap	交换两个list的元素
clear	清空list中的有效元素

list的迭代器失效（重点）

概念：迭代器失效即迭代器所指向的节点无效，即该节点被删除了，因为list的底层结构是带头节点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除的时候才会失效，而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

void test3()
{int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));list<int>::iterator it = l.begin();while (it != l.end()){//erase()函数被执行后，it所指向的节点已经被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值l.erase(it);++it;}
}//修正
void test2()
{int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));list<int>::iterator it = l.begin();while (it != l.end()){it = l.erase(it);}for (auto e : l){cout << e << " ";}
}int main()
{test2();return 0;
}

3、list的模拟实现

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>using namespace std;namespace bit
{//List节点类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:ListIterator(Node* node = nullptr):_node(node){}//具有指针行为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{//typename的作用是明确告诉编译器,Ref是Iterator中的一个类型，而不是静态成员变量//否则编译器就不知道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){}Ref operator*(){Iterator tmp(_it);--tmp;return *tmp;}Ptr operator->(){return &(operator*());}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newsizewhile (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(bite::list<T>& l){std::swap(_head, l._head);}private:void CreateHead(){_head = new Node;_head->_prev = _head;_head->_next = _head;}private:Node* _head;};
}///
// 对模拟实现的list进行测试
// 正向打印链表
template<class T>
void PrintList(const bite::list<T>& l)
{auto it = l.begin();while (it != l.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// 测试List的构造
void TestBiteList1()
{bite::list<int> l1;bite::list<int> l2(10, 5);PrintList(l2);int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };bite::list<int> l3(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));PrintList(l3);bite::list<int> l4(l3);PrintList(l4);l1 = l4;PrintList(l1);
}// PushBack()/PopBack()/PushFront()/PopFront()
void TestBiteList2()
{// 测试PushBack与PopBackbite::list<int> l;l.push_back(1);l.push_back(2);l.push_back(3);PrintList(l);l.pop_back();l.pop_back();PrintList(l);l.pop_back();cout << l.size() << endl;// 测试PushFront与PopFrontl.push_front(1);l.push_front(2);l.push_front(3);PrintList(l);l.pop_front();l.pop_front();PrintList(l);l.pop_front();cout << l.size() << endl;
}// 测试insert和erase
void TestBiteList3()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };bite::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 };bite::list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));auto rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;const bite::list<int> cl(l);auto crit = l.rbegin();while (crit != l.rend()){cout << *crit << " ";++crit;}cout << endl;
}};
}

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