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push_back、push_front、pop_back、pop_front
list的介绍及使用
list的介绍
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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)
list的使用
list的构造
| 函数名称 | 函数作用 |
| list(size_t type n,const value_type | 构造的list中包含n个值为val的元素 |
| list() | 构造空list |
| list(const list&x) | 拷贝构造函数 |
| list(first,last) | 迭代器区间中的元素构造list |
list<int> lt1(10, 1);
list<int> lt2;
list<int> lt3(lt1);
list<int> lt4(lt3.begin(), lt3.end());
list<int>::iterator lt = lt4.begin();
while (lt != lt4.end())
{
cout << *lt << " ";
lt++;
}
cout << endl;
for (auto e : lt4)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
list迭代器的使用
| 函数名称 | 函数作用 |
| 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 |
list的增删查改
| 函数名称 | 函数作用 |
| push_back | 在list尾部插入值为val的元素 |
| push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
| pop_back | 删除list中最后一个元素 |
| pop_front | 删除list中第一个元素 |
| 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 |
list<int> lt(5,9);
//头插
lt.push_front(1);
//尾插
lt.push_back(2);
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//尾删
lt.pop_back();
//头删
lt.pop_front();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.insert(lt.begin(), 30);
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.erase(lt.begin());
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
list的模拟实现
list通过一个一个结构体的结点实现，节点中包括指向下一个位置、指向前一个位置的指针和有效数值组成。
结点的封装
使用struct而不是class是因为默认为公开的
template<class T>
//封装结点
struct list_node
{
list_node(const T& x=T())
:_data(x)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{
}
T _data;
list_node* _next;
list_node* _prev;
};迭代器的封装
list和顺序表最大的不同是list物理上不连续，需要使用指针进行移动直线下一个或者指向其他的操作，而不像顺序表物理上是连续的，++、--都可以拿到有效数据；因此需要对迭代器单独封装。
//迭代器封装
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)
{}
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;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
};list成员变量
指向结构体节点的指针和有效数据的个数
Node* _node;
size_t _size;构造函数
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
void empty_init()
{
_node = new Node;
_node->_next = _node;
_node->_prev = _node;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}拷贝构造函数
list(list<T>& x)
{
empty_init();
for (auto e : x)
{
push_back(e);
}
}operator=
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_node, lt._node);
std::swap(_size, lt._size);
}
list<int>& operator=(list<int> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}析构函数和清理空间
~list()
{
clear();
delete _node;
_node = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}insert
void insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
_size++;
}erase
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
return next;
}push_back、push_front、pop_back、pop_front
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}begin+end、cbegin+cend
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_node->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_node);
}
iterator end()
{
return _node;
}
iterator begin()
{
return _node->_next;
}list和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 |
任意位置插入和删除效率高，不 需要搬移元素，时间复杂度为 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 |
今天对list的介绍和底层模拟实现的分享到这就结束了，希望大家读完后有很大的收获，也可以在评论区点评文章中的内容和分享自己的看法。您三连的支持就是我前进的动力，感谢大家的支持！！ !