stl_list类（使用+实现）（C++）

一、list-简单介绍

list是一个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。底层是带头双向循环链表（链接中有对带头双向循环链表的逻辑分析）。

二、list的常用接口

1.常见构造

test:

void test_constructor()
{
	list<int> lt1;                       //无参构造
	list<int> lt2(4, 25);                //构造并初始化n个val
	list<int> lt3(l2.begin(), l2.end()); //用lt2的[first, last)区间构造
	list<int> lt4(l3);                   //拷贝构造
}

2.iterator的使用

注意：list的迭代器和vector string不同。vector和string的迭代器都是原生指针，而list的迭代器是一个封装起来的指针。

一个正向迭代器一个反向迭代器，注意使用规则，前者++迭代器向后移动，后者++迭代器向前移动。

test:

void test_iterator()
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);
	
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//反向迭代器
	list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
	while (rit != lt.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
}

3.Capacity和Element access

test:

void test_capacity_elementAccsee()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(77);
	lt.push_back(22);

	//头节点的值-尾节点的值
	lt.front() -= lt.back();
	
	cout << lt.front() << endl;
	cout << "size:" << lt.size() << endl;
	cout << "empty:" << lt.empty() << endl;
}

4.Modifiers

test: 头插 头删 尾插 尾删

void test_Modifiers1()
{
	list<int> lt;
	//头插
	lt.push_front(1);
	lt.push_front(2);
	//尾插
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(20);

	//范围for
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//头删
	lt.pop_front();
	//尾删
	lt.pop_back();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

test: 插入 删除 交换 清理

void test_Modifiers2()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);    
	
	Print(lt);

	//获取链表第二个节点
	list<int>::iterator pos = lt.begin();
	cout << *(++pos) << endl;

	//在pos前插入值为100的元素
	lt.insert(pos, 100);
	Print(lt);

	//在pos前插入值5个5
	lt.insert(pos, 5, 5);
	Print(lt);

	//在pos前插入[v.begin(), v.end())区间的元素
	vector<int> v{ 6, 6, 6 ,6 };
	lt.insert(pos, v.begin(), v.end());
	Print(lt);

	//删除操作
	//删除pos位置上的元素     --   特别注意一下迭代器失效问题（下个知识点介绍）
	lt.erase(pos);
	Print(lt);

	// 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
	lt.erase(lt.begin(), lt.end());
	Print(lt);

	list<int> lt1{ 6, 6, 6 ,6 };
	lt1.swap(lt);
	cout << "lt::empty:" << lt.empty() << endl;
	cout << "lt1::empty:" << lt1.empty() << endl;

	lt.clear();
	cout << "new_lt::empty:" << lt.empty() << endl;
}

5.list的迭代器失效

在list中迭代器失效即迭代器指向的节点是无效的，即该节点被删除了。因为list的底层是带头双向循环列表，所以在插入元素时，不会导致liet迭代器失效，只有删除时指向删除节点的那个迭代器失效，其他的迭代器不受影响。

错误代码：

void test_iterator_invalid()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);
	
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		//erase()执行完之后，it所指向的节点已经被删除，因此it无效，下次使用必须重新赋值
		lt.erase(it);

		++it;   //err   迭代器失效
	}
}

改正：

void test_iterator_invalid()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	list<int> lt(arr, arr + sz);

	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		lt.erase(it++);  //it = lt.erase(it);
	}
}

三、list实现

list类整体实现代码
注意：这里就不单列出来一部分成员函数进行介绍了，因为重要的在string类和vector类都进行了重点讲解。

反向迭代器在list类实现中不进行介绍，在最后单列一个知识点讲解

#include <assert.h>

namespace kpl
{
	// List的节点类
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode<T>* _prev;
		ListNode<T>* _next;
		T _val;
		
		//初始化
		ListNode(const T& val = T())
			: _prev(nullptr)
			, _next(nullptr)
			, _val(val)
		{}
	};
	
	//List 的迭代器:将原生态指针进行封装
	template<class T, class Ref, class Ptr>
	class ListIterator
	{
		typedef ListNode<T> Node;
		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;

	public:
		// Ref 和 Ptr 类型重定义，在实现反向迭代器时便于使用。就不需要再模板传参时传Ref和Ptr
		typedef Ref Ref;
		typedef Ptr Ptr;

		// 构造
		ListIterator(Node* node = nullptr)
			: _node(node)
		{}

		// 在模板中多加一个参数Ref的原因是：区分const返回
		Ref operator*() 
		{ 
			return _node->_val;
		}

		//Ptr：区分const返回
		Ptr operator->() 
		{ 
			return &(operator*()); 
		}

		
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		Self operator++(int)
		{
			Self temp(*this);
			_node = _node->_next;
			return temp;
		}

		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		Self operator--(int)
		{
			Self temp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return temp;
		}

		// 比较
		bool operator!=(const Self& l)const
		{ 
			return _node != l._node;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{ 
			return _node != l._node;
		}

		Node* _node;
	};

	//反向迭代器借用正向迭代器实现
	template<class Iterator>
	class ReverseListIterator
	{
	public:
		typedef typename Iterator::Ref Ref;
		typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
		typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;

		// 构造
		ReverseListIterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator temp(_it);
			--temp;
			return *temp;
		}

		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;
		}

		// 比较
		bool operator!=(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		Iterator _it;
	};

	
	//list类模板的实现
	template<class T>
	class list
	{
		typedef ListNode<T> Node;

	public:
		// 正向迭代器
		// 这里就也可以看出传三个模板参数的原因。不值得再去写一个const修饰的模板，普通的迭代器和const修饰的迭代器区别就在于部分成员函数的返回值，所以多传递两个参数即可
		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();  //因为很多地方都会使用这部分代码，所以进行封装，方便调用
		}

		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;
			}
		}

		//拷贝构造
		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。也可以一次赋值
			list<T> temp(l.begin(), l.end());
			swap(temp);
		}

		list<T>& operator=(list<T> l)
		{
			swap(l);
			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		// List的迭代器
		iterator begin() 
		{ 
			//or return _head->_next;
			return iterator(_head->_next); 
		}

		iterator end() 
		{ 
			//or return _head;
			return iterator(_head); 
		}

		const_iterator begin()const 
		{ 
			//or return _head->_next;
			return const_iterator(_head->_next); 
		}

		const_iterator end()const
		{ 
			//or return _head；
			return const_iterator(_head); 
		}

		//反向迭代器
		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());
		}

		// capacity相关
		size_t size()const
		{
			//在实现size时，也可以通过给list类增减一个size_t类型的成员变量，然后返回
			
			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newsize
				while (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* cur = pos._node;
			// 先将新节点插入
			pNewNode->_prev = cur->_prev;
			pNewNode->_next = cur;
			pNewNode->_prev->_next = pNewNode;
			cur->_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)
		{
			assert(pos != end());

			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;
			delete cur;
			
			return next;
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
			_head->_next = _head->_prev = _head;
		}
		

		void swap(list<T>& l)
		{
			std::swap(_head, l._head);
		}

	private:
		void CreateHead()
		{
			_head = new Node;
			_head->_prev = _head;
			_head->_next = _head;
		}
	private:
		Node* _head;
	};
}

四、vector 和 list 对比

五、迭代器

1.迭代器的实现

迭代器有两种实现方式，具体应根据容器底层数据结构实现：

1. 原生态指针，比如：vector
2. 将原生态指针进行封装，因迭代器使用形式与指针完全相同，因此在自定义的类中必须实现以下方法：
   • 指针可以解引用，迭代器的类中必须重载operator*()
   • 指针可以通过->访问其所指空间成员，迭代器类中必须重载oprator->()
   • 指针可以++向后移动，迭代器类中必须重载operator++()与operator++(int)
   • 指针可以通过->访问其所指空间成员，迭代器类中必须重载oprator->()。至于operator–()/operator–(int)释放需要重载，根据具体的结构来抉择，双向链表可以向前移动，所以需要重载，如果是forward_list（单链表）就不需要重载–。
   • 迭代器需要进行是否相等的比较，因此还需要重载operator==()与operator!=()

2.迭代器的分类（按照功能分类）

1. 单向迭代器的功能相对较少，只能进行逐个元素的遍历和访问操作。它只支持t运算符来移动到下一个元素，不支持–运算符来回退到前一个元素。因此，单向迭代器无法进行逆向遍历和随机访问元素的操作。
2. 双向迭代器相比于单向迭代器功能更加强大，它支持双向即可以使用++运算符向前移动到下一个元素，也可以使用–运算符向后移动到前一个元素。因此，双向迭代器可以进行逆向遍历和前向遍历操作。
3. 随机迭代器是迭代器的最高级别，功能最丰富。它除了支持双向迭代器的所有操作外，还可以进行随机访问，即可以使用]运算符来访问任意位置的元素。此外，随机迭代器还可以进行迭代器之间的算术运算，比如可以使用+、-运算符来计算迭代器之间的距离。

所以，单向迭代器功能最少，只能逐个访问元素;双向迭代器比单向迭代器功能更强大，可以双向移动;随机迭代器是最高级别的迭代器，功能最丰富，除了双向移动外还能进行随机访问和算术运算操作。

3.反向迭代器

(1)、包装逻辑

(2)、代码

template<class Iterator>
	class ReverseListIterator
	{
		// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的一个类型，而不是静态成员变量
		// 否则编译器编译时就不知道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
		//typename和class的区别会在模板的博客中进行介绍
	public:
		typedef typename Iterator::Ref Ref;
		typedef typename Iterator::Ptr Ptr;
		typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;
	public:

		// 构造
		ReverseListIterator(Iterator it)
			: _it(it)
		{}

		Ref operator*()
		{
			Iterator temp(_it);
			--temp;
			return *temp;
		}

		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;
		}

		bool operator!=(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		bool operator==(const Self& l)const
		{
			return _it != l._it;
		}

		Iterator _it;
	};

注意

	//迭代器对箭头进行了重载，返回的是一个指针
	Ptr operator->()
	{
		return &(operator*());
	}

虽然重载了->但是在使用的时候，会发现一个问题。
eg:

struct A
{
	A(int a1 = 0, int a2 = 0)
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}

	int _a1;
	int _a2;
};

void test_iterator()
{
	list<A> lt;
	lt.push_back(A(1, 1));
	lt.push_back(A(2, 2));
	lt.push_back(A(3, 3));
	list<A>::iterator it = lt.begin();

	while (it != lt.end())
	{
		cout << (*it)._a1 << " " << (*it)._a2 << endl;
		cout << it->_a1 << " " << it->_a2 << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
}

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-627572.html

到了这里，关于stl_list类（使用+实现）（C++）的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！