C++|[C/C++]详解STL容器3--list的功能和模拟实现(迭代器失效问题)
本文介绍了list的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,包括list迭代器的实现。
【C++|[C/C++]详解STL容器3--list的功能和模拟实现(迭代器失效问题)】目录
一、list的介绍
二、list的常用接口的使用
1. list的构造
2. list iterator的使用
3.list capacity的使用
4.list element access
5.list modifiers
6. list的迭代器失效
三、list与vector的对比
四、list的模拟实现
一、list的介绍 list 容器,又称双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着,list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。结构如图。
文章图片
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。最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问,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;list还需要一些额外的空间,以保存每个节点的相关联信息。
二、list的常用接口的使用
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 |
#include
#include int main ()
{
std::list a;
// 构造空的a
std::list b (4,1);
// b中放4个值为100的元素std::list c (b.begin(), b.end());
// 用b的[begin(), end())左闭右开的区间构造cstd::list d (c);
// 用c拷贝构造d// 以数组为迭代器区间构造e
int array[] = {16,2,77,29};
std::list e (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) );
// 用迭代器方式打印e中的元素
for(std::list::iterator it = e.begin();
it != e.end();
it++)
std::cout << *it << " ";
std::cout<
2. list iterator的使用
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 |
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。
#include
using namespace std;
#include void print_list(const list& l)
{
// 注意这里调用的是list的 begin() const,返回list的const_iterator对象
for (list::const_iterator it = l.begin();
it != l.end();
++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10;
编译不通过
}
cout << endl;
}int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 使用正向迭代器正向list中的元素
for (list::iterator it = l.begin();
it != l.end();
++it)
cout << *it << " ";
cout << endl;
// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
for (list::reverse_iterator it = l.rbegin();
it != l.rend();
++it)
cout << *it << " ";
cout << endl;
return 0;
}
3.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 |
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 |
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 |
三、list与vector的对比
vector | list | |
---|---|---|
底 层 结 构 |
动态顺序表,一段连续空间 | 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 | |
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 | 底层节点动态开辟,小节点容易造成内存碎片,空间利用率低,缓存利用率低 |
迭 代 器 |
原生态指针 | 对原生态指针(节点指针)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 |
list iterator也需要单独设计,因为原生指针已经无法满足迭代器需求,所以需要封装,让它像一个指针一样完成访问操作。
通过template
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
namespace Zht
{
template struct _list_node//list本身和list的节点是不同的结构,所以需要分开设计,这里是list节点的结构
{
T val;
//数据
_list_node* _next;
//下一个节点指针
_list_node* _prev;
//上一个_list_node(const T& val = T())//构造节点
:val(val)//传的参
,_prev(nullptr)
,_next(nullptr)
{}
};
template
struct _list_iterator
{
typedef _list_node node;
typedef _list_iterator self;
node* _pnode;
//迭代器本质上是指针_list_iterator(node* pnode)//构造函数
:_pnode(pnode)
{
}//这里,成员都是只需浅拷贝,所以拷贝构造,析构 ,重载 = 都可以使用默认Ref operator*()//重载*,通过Ref灵活的调整const和普通。
{
return _pnode->val;
}bool operator!=(const self& s) const
{
return _pnode != s._pnode;
}bool operator==(const self& s) const
{
return _pnode == s._pnode;
}self& operator++()//++就是指向下一个节点
{
_pnode = _pnode->_next;
return *this;
}self operator++(int)//C++规定后缀调用需要有一个int型参数作为区分前缀与后缀调用的区别
{
self tmp (*this);
++*this;
return tmp;
//*this++后++
}self& operator--()
{
_pnode = _pnode->_prev;
return *this;
}self operator--(int)
{
self tmp (*this);
--*this;
return tmp;
}Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
};
template
class list
{
typedef _list_node node;
public:
typedef _list_iterator iterator;
typedef _list_iterator const_iterator;
list()//构造函数,构造哨兵位
{
_head = new node;
//开一个节点
_head->_next = _head;
//初始化节点
_head->_prev = _head;
}template
list(Iterator first, Iterator last)
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
while(first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}list(const list& It)
{
_head = new node;
//构造哨兵节点
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
for(const auto& e : It)//逐个尾插
{
push_back(e);
}
}list& operator=(list It)
{
swap(_head, It._head);
return *this;
}~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}const_iterator begin() const//调用const的迭代器,返回一个用_head->next构造的迭代器对象
{
return const_iterator(_head->_next);
}iterator end()
{
return iterator(_head);
}const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}void push_back(const T& x)//只有哨兵位的也可以通用
{
/* node* newnode = new node(x);
//创建新节点
node* tail = _head->_prev;
//当前的最后一个节点tail->_next = newnode;
newnode->_next = _head;
newnode->_prev = tail;
_head->_prev = newnode;
*/insert(iterator(end()), x);
//前一个就是尾
}void push_front(const T& x)
{
insert(iterator(begin),x);
}void pop_back()
{
erase(iterator(--end()));
}void pop_front()
{
erase(iterator(begin()));
}iterator insert(iterator pos, const T& val)//pos位置前插入
{
node* newnode = new node(val);
node* tail = pos._pnode;
newnode->_next = tail;
newnode->_prev = tail->_prev;
newnode->_prev->_next = newnode;
//还要让前一个指向自己
pos._pnode->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
//需要返回迭代器;
}iterator erase(iterator pos)//删除pos位置
{
assert(pos._pnode);
assert(pos != end());
node* tail = pos._pnode;
node* ret = tail->_next;
tail->_prev->_next = tail->_next;
tail->_next->_prev = tail->_prev;
delete tail;
return iterator(ret);
//返回下一个
}bool empty()
{
return begin() == end();
}size_t size()
{
size_t sz = 0;
iterator it = begin();
while(it != end())
{
sz++;
it++;
}return sz;
}void clear()
{
iterator it = begin();
while(it != end())
{
erase(it);
it++;
}
}private:
node* _head;
};
void PrintList(const list& It)
{
list::const_iterator it = It.begin();
while(it != It.end())
{
cout << *it < lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
list::iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
*it += 1;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
PrintList(lt);
}
}
推荐阅读
- opencv|opencv C++模板匹配的简单实现
- Java|Java OpenCV图像处理之SIFT角点检测详解
- C语言浮点函数中的modf和fmod详解
- C语言学习|第十一届蓝桥杯省赛 大学B组 C/C++ 第一场
- 虚拟DOM-Diff算法详解
- LSTM网络层详解及其应用实例
- c++基础概念笔记
- OC:|OC: WKWebView详解
- vue中的条件判断详解v-if|vue中的条件判断详解v-if v-else v-else-if v-show
- Vue组件之事件总线和消息发布订阅详解