c++stl库中list类的解析和模拟实现
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目录
1.list的介绍及使用
1.1list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。
1.2list的使用
1.2.1list的构造

1.2.2list literator的使用
list的迭代器是用类进行封装,这样就可以重载*,++,--等运算符,使得list迭代器很好用,它的底层实现后面的代码中会展示。

【注意】
1. begin与end为正向迭代器,对迭代器执行++操作,迭代器向后移动
2. 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
1.2.3list capacity

1.2.4list element access

1.2.5list modifiers

1.2.6list的迭代器失效
前面说过,此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针,
迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效,即该节
点被删除了
。因为
list
的底层结构为带头结点的双向循环链表
,因此
在
list
中进行插入时是不会导致
list
的迭代
器失效的,只有在删除时才会失效,并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
。
2.list的模拟实现
#include<iostream>
using namespace std;
namespace fish
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode(const T& val = T())
:_pPre(nullptr),
_pNext(nullptr),
_val(val)
{}
ListNode<T>* _pPre;
ListNode<T>* _pNext;
T _val;
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T>* PNode;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
ListIterator(PNode pNode = nullptr)
:_pNode(pNode)
{}
ListIterator(const Self& l)
:_pNode(l._pNode)
{}
Ref operator*() {
return _pNode->_val;
}
Ptr operator->() {
return &(_pNode->_val);
}
Self& operator++() {
_pNode = _pNode->_pNext;
return *this;
}
Self operator++(int) {
Self tmp = _pNode;
_pNode = _pNode->_pNext;
return tmp;
}
Self& operator--() {
_pNode = _pNode->_pPre;
return *this;
}
Self& operator--(int) {
Self tmp = _pNode;
_pNode = _pNode->_pPre;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& l) {
return _pNode != l._pNode;
}
bool operator==(const Self& l) {
return _pNode == l._pNode;
}
PNode _pNode;
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef Node* PNode;
public:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
public:
list(){
CreateHead();
}
list(int n, const T& value = T()) {
CreateHead();
while (n > 0) {
push_back(value);
n--;
}
}
template <class Iterator>
list(Iterator first, Iterator last) {
CreateHead();
while (first != last) {
push_back(*first);
first++;
}
}
list(const list<T>& l) {
CreateHead();
iterator curl(l._pHead->_pNext);
while (curl != l._pHead) {
push_back(*curl);
++curl;
}
}
list<T>& operator=(const list<T> l) {
CreateHead();
iterator curl(l._pHead->_pNext);
while (curl != l._pHead) {
push_back(*curl);
++curl;
}
return *this;
}
~list() {
clear();
delete _pHead;
_pHead = nullptr;
}
iterator begin() {
return _pHead->_pNext;
}
iterator end() {
return _pHead;
}
const_iterator cbegin() {
return _pHead->_pNext;
}
const_iterator cend() {
return _pHead;
}
size_t size()const {
PNode p = _pHead->_pNext;
size_t count = 0;
while (p != _pHead) {
count++;
p = p->_pNext;
}
return count;
}
bool empty()const {
return _pHead == _pHead->_pNext;
}
T& front(){
return _pHead->_pNext->_val;
}
const T& front()const {
return _pHead->_pNext->_val;
}
T& back() {
return _pHead->_pPre->_val;
}
const T& back()const {
return _pHead->_pPre->_val;
}
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());
}
iterator insert(iterator pos, const T& val) {
iterator cur = pos;
iterator pre = --pos;
PNode newNode = new Node(val);
pre._pNode->_pNext = newNode;
cur._pNode->_pPre = newNode;
newNode->_pNext = cur._pNode;
newNode->_pPre = pre._pNode;
return ++pre;
}
iterator erase(iterator pos) {
iterator pre(pos._pNode->_pPre);
iterator next(pos._pNode->_pNext);
delete pos._pNode;
pos._pNode = nullptr;
pos = nullptr;
pre._pNode->_pNext = next._pNode;
next._pNode->_pPre = pre._pNode;
return next;
}
void clear() {
iterator cur = begin();
while (cur != end()) {
iterator next = cur._pNode->_pNext;
delete cur._pNode;
cur._pNode = nullptr;
cur = next;
}
cur = nullptr;
_pHead->_pNext = _pHead;
_pHead->_pPre = _pHead;
}
void swap(list<T>& l) {
PNode tmp = _pHead;
_pHead = l._pHead;
l._pHead = tmp;
tmp = nullptr;
}
private:
void CreateHead() {
_pHead = new Node;
_pHead->_pNext = _pHead;
_pHead->_pPre = _pHead;
_pHead->_val = T();
}
PNode _pHead;
};
};
源码实现了常用的增删查改操作和比较等,模拟实现有助于进一步理解stl库中底层代码的实现。对于上述代码的使用逻辑,阅读者可参考官方文档进行学习。
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