目次
序文
今回は引き続きSTLにおけるコンテナについて学び、リストについて解説していきます。
1. リストの導入と利用
1.1 リストの紹介
文書のリスト
list の基礎となる実装は、データ構造から学習した先頭の双方向循環リンク リストです。
1.2 リストの使用法
一般的に使用されるインターフェイスをいくつか見てみましょう。
まず、コンストラクターを見てみましょう。
ここには、デフォルト コンストラクター、n val コンストラクター、反復子間隔コンストラクター、コピー コンストラクターなど、私たちがよく知っているコンストラクターがあります。
もう一度イテレータを見てみましょう。
イテレータについては前の記事で詳しく紹介していると思うので、ここでは詳しく説明しません。
変更操作を見てみましょう。
ここでのリスト、文字列、ベクトルの違いは、
リストにはオーバーロード [] がないことです。つまり、リストを走査してアクセスしたい場合はイテレータのみを使用できます。イテレータは普遍的なメソッドであり、すべてのコンテナでイテレータを使用できますが、イテレータは[]特定のコンテナにとって特別なメソッドにすぎません。
トラバース
int main()
{
list<int> l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.push_back(3);
l.push_back(5);
for (auto it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
cout << *it << " ";
cout << endl;
for (auto e : l)
cout << e << " ";
cout << endl;
for (auto rit = l.rbegin(); rit != l.rend(); ++rit)
cout << *rit << " ";
cout << endl;
return 0;
}
これまであまり使用したことのないインターフェイスをいくつか見てみましょう。
ここではsplice、リンク リストの一部を別のリンク リストに転送できます。
removeつまり、指定された要素を削除できます。2
mergeつの順序付けされたリンク リストをマージできます。
2. リストシミュレーションの実装
2.1 イテレータ関数の分類
1. 一方向反復子: のみ可能
++、不可能- -。例: 単一リンク リスト、ハッシュ テーブル;
2. 双方向反復子:++両方を使用できます--。たとえば、二重リンク リスト;
3. ランダム アクセス反復子: はい++- -、+合計することもできます-。たとえば、ベクトルと文字列です。
イテレータは組み込み型です (内部クラスまたはクラス内で定義されています)。
2.2 リスト反復子のシミュレーション実装
2.2.1 通常の反復子
文字列とベクトルの実装をシミュレートする場合、ネイティブ ポインターが使用され、反復子はクラスでカプセル化されませんが、STL 標準ライブラリでは反復子もクラスでカプセル化されます。リスト反復子の実装をシミュレートする場合、リストのノード アドレスが不連続であるため、ネイティブ ポインターは使用できません。
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->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_val;
}
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;
}
bool operator!=(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self& it) const
{
return _node == it._node;
}
};
2.2.2 定数反復子
まずは間違った書き方を見てみましょう。
在这里插入代码片typedef __list_iterator<T> iterator; const list<T>::iterator it=lt.begin();
STL ライブラリでは、クラス テンプレートにパラメータを 1 つ追加することでこれを実現し、同じクラス テンプレートで 2 つの異なるタイプのイテレータを生成できます。
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 _head->_next;
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return _head;
//return iterator(_head);
}
const_iterator begin() const
{
//return _head->_next;
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return _head;
//return const_iterator(_head);
}
3. リストとベクトルの違い
| ベクター | リスト | |
|---|---|---|
| 基礎構造 | 動的シーケンスリスト、連続スペース | ヘッドノードを備えた双方向循環リンクリスト |
| ランダムアクセス | ランダムアクセスをサポートしており、特定の要素へのアクセス効率はO(1)です。 | ランダム アクセスはサポートされておらず、要素へのアクセス効率は O(N) です。 |
| 挿入と削除 | 任意の位置での挿入と削除は非効率であり、要素の移動が必要です。時間計算量は O(N) です。挿入中に容量の拡張が必要になる場合があります。容量の拡張: 新しい領域を開き、要素をコピーし、古い領域を解放するため、効率が低下します。 。 | 任意の位置での挿入と削除は非常に効率的で、要素を移動する必要がなく、時間計算量は O(1) です。 |
| スペース利用 | 最下層は連続空間であり、メモリの断片化を引き起こしにくく、空間使用率とキャッシュ使用率が高くなります。 | 基盤となるノードは動的に開かれますが、小さいノードではメモリの断片化、スペース使用率、キャッシュ使用率の低下が起こりやすくなります。 |
| イテレータ | オリジナルのエコロジー指針 | オリジナルのエコロジーポインタをカプセル化する |
| イテレータが無効です | 要素を挿入するときは、すべての反復子を再割り当てする必要があります。要素を挿入すると再拡張が発生し、元の反復子が無効になる可能性があるためです。削除するときは、現在の反復子を再割り当てする必要があります。そうしないと無効になります。 | ヘッドノードを備えた双方向循環リンクリスト |
| 使用するシーン | 効率的なストレージが必要、ランダム アクセスをサポート、挿入と削除の効率は気にしない | 大量の挿入および削除操作、ランダム アクセスは気にしない |
4. ソースコード
list.h
#include<iostream>
using namespace std;
namespace w
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
T _val;
list_node(const T& val = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _val(val)
{
}
};
// typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
// typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
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->_val;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_val;
}
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;
}
bool operator!=(const self& it) const
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const self& it) const
{
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 _head->_next;
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return _head;
//return iterator(_head);
}
const_iterator begin() const
{
//return _head->_next;
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return _head;
//return const_iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
//list(const list& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
//list& operator=(list lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
_size = 0;
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
// pos位置之前插入
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
++_size;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* next = cur->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete cur;
--_size;
return next;
}
size_t size()
{
return _size;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
void Print(const list<int>& lt)
{
list<int>::const_iterator it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}