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标题: c++领域展开第十八幕——STL（list容器的了解和使用以及手撕模仿）超详细！！！！ [打印本页]

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作者: 东湖之滨    时间: 2025-3-23 08:14
标题: c++领域展开第十八幕——STL（list容器的了解和使用以及手撕模仿）超详细！！！！

  
前言

   本专栏上一篇博客把vector的有关实现和细节问题都解说完毕
今天我们来学习 stl 库的另外一个容器——list
从认识到使用到手撕实现，我来手把手教你
fellow me
  一、list的先容和使用

1.1 list的先容

list文档

文档链接在上面啦，大家可以翻译看看
双向循环链表图，list就相当于我们数据结构学习的双向循环链表
只不外在stl库里面给它举行了封装

1.2 list的使用

   list中的接口比较多，此处雷同，只需要掌握如何精确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已到达可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口。
  1.2.1 list的构造

构造函数（(constructor))
list (size_type n, const value_type& val = value_type())——————构造的list中包罗n个值为val的元素
list() ————————————构造空的list
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
代码展示

1.         list<int> l1;                         // 构造空的l1
2.     list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
3.     list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
4.     list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4
6.     // 以数组为迭代器区间构造l5
7.     int array[] = { 16,2,77,29 };
8.     list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
10.     // 列表格式初始化C++11
11.     list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };

复制代码

1.2.2 list iterator的使用

此处，大家可临时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点
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
【注意】

• begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操纵，迭代器向后移动
  
• rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操纵，迭代器向前移动
  

代码展示

1.         // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
2.     for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
3.     {
4.         cout << *it << " ";
5.         // *it = 10; 编译不通过
6.     }
7.         int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
8.     list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
9.     // 使用正向迭代器正向list中的元素
10.     // list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法
11.     auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法
12.     while (it != l.end())
13.     {
14.         cout << *it << " ";
15.         ++it;
16.     }
17.     cout << endl;
19.     // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
20.     // list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
21.     auto rit = l.rbegin();
22.     while (rit != l.rend())
23.     {
24.         cout << *rit << " ";
25.         ++rit;
26.     }

复制代码

1.2.3 list capacity

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
这两个接口直接使用就行，这里就不展示代码了
1.2.4 list element access

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
这两个接口也是直接使用就行
1.2.5 list modifiers

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 ——————————互换两个list中的元素
clear ——————————清空list中的有效元素
代码展示

1.         int array[] = { 1, 2, 3 };
2.     list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
4.     // 在list的尾部插入4，头部插入0
5.     L.push_back(4);
6.     L.push_front(0);
7.     PrintList(L);
9.     // 删除list尾部节点和头部节点
10.     L.pop_back();
11.     L.pop_front();
12.     PrintList(L);
13.        
14.         int array1[] = { 1, 2, 3 };
15.     list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
17.     // 获取链表中第二个节点
18.     auto pos = ++L.begin();
19.     cout << *pos << endl;
21.     // 在pos前插入值为4的元素
22.     L.insert(pos, 4);
23.     PrintList(L);
25.     // 在pos前插入5个值为5的元素
26.     L.insert(pos, 5, 5);
27.     PrintList(L);
29.     // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
30.     vector<int> v{ 7, 8, 9 };
31.     L.insert(pos, v.begin(), v.end());
32.     PrintList(L);
34.     // 删除pos位置上的元素
35.     L.erase(pos);
36.     PrintList(L);
38.     // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
39.     L.erase(L.begin(), L.end());
40.     PrintList(L);
41.    
42.         // 用数组来构造list
43.     int array1[] = { 1, 2, 3 };
44.     list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
45.     PrintList(l1);
47.     // 交换l1和l2中的元素
48.     list<int> l2;
49.     l1.swap(l2);
50.     PrintList(l1);
51.     PrintList(l2);
53.     // 将l2中的元素清空
54.     l2.clear();
55.     cout << l2.size() << endl;
56.    

复制代码

list中另有一些操纵，需要用到时大家可参阅list的文档说明
1.2.6 list的迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器临时理解成雷同于指针，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。由于list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中举行插入
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。

1. void TestListIterator1()
2. {
3.         int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
4.         list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
5.         auto it = l.begin();
6.         while (it != l.end())
7.         {
8.                 // erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值
9.                 l.erase(it);
10.                 ++it;
11.         }
12. }
13. // 改正
14. void TestListIterator()
15. {
16.         int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
17.         list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
18.         auto it = l.begin();
19.         while (it != l.end())
20.         {
21.                 l.erase(it++); // it = l.erase(it);
22.         }
23. }

复制代码

上面有关list的使用和说明就到这里啦，下面我们来模仿实现一下list
二、list的模仿实现

前面在表面的vector的时间就已经模仿实现过，相信大家都有些熟悉了，其实list实现起来也差不多的，都是封装嘛
先用结构体封装一下迭代器

1.         template<class T, class Ref, class Ptr>
2.         struct list_iterator
3.         {
4.                 typedef list_node<T> Node;
5.                 typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;//  这里模版的是const迭代器  会返回引用或者取地址其他模版参数
7.                 Node* _node;
9.                 list_iterator(Node* node)
10.                         :_node(node)
11.                 {}
13.                 Ref operator*()
14.                 {
15.                         return _node->_data;
16.                 }
18.                 Ptr operator->()  
19.                 {
20.                         return &_node->_data;
21.                 }
23.                 Self& operator++()
24.                 {
25.                         _node = _node->_next;
26.                         return *this;
27.                 }
29.                 Self operator++(int)  //  后置++
30.                 {
31.                         Self tmp(*this);
32.                         _node = _node->_next;
33.                         return tmp;
34.                 }
36.                 Self& operator--()
37.                 {
38.                         _node = _node->_prev;
39.                         return *this;
40.                 }
42.                 Self operator--(int)  // 后置--
43.                 {
44.                         Self tmp(*this);
45.                         _node = _node->_prev;
46.                         return tmp;
47.                 }
49.                 bool operator!=(const Self& it)
50.                 {
51.                         return _node != it._node;
52.                 }
54.                 bool operator==(const Self& it)
55.                 {
56.                         return _node == it._node;
57.                 }
58.         };

复制代码

然后就是封装list，实现迭代器，各种增删改查函数，另有默认成员函数
这里我就不像vector一样一个一个赘述啦，相信模仿实现过string和vector之后其实这些写起来也就随手啦

1.         template<class T>
2.         class list
3.         {
4.                 typedef list_node<T> Node;
5.         public:
6.                 typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator; // 多个模版参数  与前面的迭代器封装相对应
7.                 typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
9.                 iterator begin()  // 迭代器
10.                 {
11.                         //return iterator(_head->_next);
12.                         iterator it(_head->_next);
13.                         return it;
14.                 }
16.                 iterator end()
17.                 {
18.                         return iterator(_head);
19.                 }
21.                 const_iterator begin() const
22.                 {
23.                         return const_iterator(_head->_next);
24.                 }
26.                 const_iterator end() const
27.                 {
28.                         return const_iterator(_head);
29.                 }
31.                 void empty_init()  // 初始化
32.                 {
33.                         _head = new Node;
34.                         _head->_next = _head;
35.                         _head->_prev = _head;
37.                         _size = 0;
38.                 }
40.                 list()   // 默认构造
41.                 {
42.                         empty_init();
43.                 }
45.                 list(initializer_list<T> lt)   // c++11支持  {   }构造
46.                 {
47.                         empty_init();
49.                         for (auto& e : lt)
50.                         {
51.                                 push_back(e);
52.                         }
53.                 }
55.                 // lt2(lt1)
56.                 list(const list<T>& lt)  // 拷贝构造
57.                 {
58.                         empty_init();
59.                         for (auto& e : lt)
60.                         {
61.                                 push_back(e);
62.                         }
63.                 }
65.                 // lt1 = lt3
66.                 list<T>& operator=(list<T> lt)  // 赋值重载
67.                 {
68.                         swap(lt);
69.                         return *this;
70.                 }
72.                 void swap(list<T>& lt)    // list内部的  swap
73.                 {
74.                         std::swap(_head, lt._head);
75.                         std::swap(_size, lt._size);
76.                 }
78.                 ~list()
79.                 {
80.                         clear();
81.                         delete _head;
82.                         _head = nullptr;
83.                 }
85.                 void clear()   // 清楚函数
86.                 {
87.                         iterator it = begin();
88.                         while (it != end())
89.                         {
90.                                 it = erase(it);
91.                         }
92.                 }
94.                 size_t size() const
95.                 {
96.                         return _size;
97.                 }
99.                 void push_back(const T& x)
100.                 {
101.                         /*Node* newnode = new Node(x);
103.                         Node* tail = _head->_prev;
104.                         newnode->_prev = tail;
105.                         tail->_next = newnode;
106.                         newnode->_next = _head;
107.                         _head->_prev = newnode;*/
109.                         insert(end(), x);
110.                 }
112.                 void push_front(const T& x)
113.                 {
114.                         insert(begin(), x);
115.                 }
117.                 void pop_front()
118.                 {
119.                         erase(begin());
120.                 }
122.                 void pop_back()
123.                 {
124.                         erase(--end());
125.                 }
127.                 void insert(iterator pos, const T& x)
128.                 {
129.                         Node* cur = pos._node;
130.                         Node* prev = cur->_prev;
132.                         Node* newnode = new Node(x);
134.                         prev->_next = newnode;
135.                         newnode->_prev = prev;
136.                         newnode->_next = cur;
137.                         cur->_prev = newnode;
139.                         ++_size;
140.                 }
142.                 iterator erase(iterator pos)
143.                 {
144.                         assert(pos != end());
146.                         Node* cur = pos._node;
147.                         Node* nextNode = cur->_next;
148.                         Node* prevNode = cur->_prev;
150.                         prevNode->_next = nextNode;
151.                         nextNode->_prev = prevNode;
153.                         delete cur;
155.                         --_size;
157.                         return iterator(nextNode);
158.                 }
160.         private:
161.                 Node* _head;
162.                 size_t _size;
163.         };

复制代码

经过几次的模仿实现stl，发现stl的容器大多都是雷同的，有点等待后面的map和set
list 的模仿实现就到这里啦
list与vector的对比

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下：

总结

总结

   C++ STL中的list是基于双向循环链表实现的序列容器，支持高效插入删除（O(1)时间复杂度），但随机访问服从较低。其核心特性包括：通过迭代器遍历元素（支持正向/反向迭代器）、插入操纵不引发迭代器失效（删除仅影响被删节点迭代器）。模仿实现需封装节点结构体，筹划泛型迭代器（重载++/--/*等操纵），并实现深拷贝控制。与vector对比，list得当频繁增删场景，而vector更得当随机访问和内存连续需求。理解其底层实现有助于优化数据操纵逻辑。
    不要走开，小编连续更新中~~~~~
  

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