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文章目录

1.list的介绍及使用
2.list的模拟实现
- 2.1 模拟实现list

本节目标
1.list的介绍及使用
2.list的深度剖析及模拟实现
3.list与vector的对比
4.本节习题

1.list的介绍及使用

1.1 list的介绍

list的文档介绍
1.list是可以在常数范围内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）。

1.2 list的使用

list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。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）	接口说明
list()	构造空的list
list(size_type n, const value_type& val = value_type())	构造的list中包含n个值为val的元素
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

// constructing lists
#include <iostream>
#include <list>

int main()
{
	std::list<int> l1;	// 构造空的l1
	std::list<int> l2 (4, 100);  // l2中放4个值为100的元素

	std::list<int> l3 (l2.begin(), l2.end()); //用l2的[begin(), end())左闭右开的区间构造l3
	std::list<int> l4(l3);    // 用l3拷贝构造l4

	// 以数组为迭代器区间构造l5
	int arrat[] = {16, 2, 77, 99};
	std::list<int> l5(array, array + sizeof(array)/sizeof(int));

	// 用迭代器方式打印l5中的元素
	for(std::list<int>::iterator it = l5.begin(); it != l5.end(); it++)
		std::cout << *it << " ";
	std::cout<<endl;
	return 0;
}

1.2.2 list iterator的使用

此处，大家可暂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

在这里插入图片描述
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

#include <iostream>
using namespace std;
#include <list>

void print_list(const list<int>& l)
{
	// 注意这里调用的是list的begin() const, 返回list的const_iterator对象
	for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
		// *it = 10;编译不通过
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	int array[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0};
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	//使用正向迭代器正向打印list中的元素
	for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;

	// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
	for (list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin();++it)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;

	return 0;

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

1.2.4 list element access

函数声明	接口说明
front	返回list中第一个节点的值的引用
back	返回list的最后一个节点的值的引用

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（头插）
pop_front	删除list中第一个元素（头删）
push_back	在list尾部插入值为val的元素（尾插）
push_back	删除list中最后一个元素（尾删）
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	交换两个list中的元素
clear	清空list中的有效元素

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

void PrintList(list<int>& l)
{
	for(auto& e : l)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
}

// ================================
// push_back / pop_back / push_front / pop_ front
void TestList1()
{
	int array[] = {1, 2, 3};
	list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

	// 在list的尾部插入4，头部插入0
	L.push_back(4);
	L.push_front(0);
	PrintList(L);
	//删除list尾部节点和头部节点
	L.pop_back();
	L.pop_front();
	PrintList(L);
}

//====================================================
//insert / erase
void TestList3()
{
	int array1[] = {1, 2, 3};
	list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));

	// 获取链表中第二个节点
	auto pos = ++L.begin();
	cout << *pos << endl;

	// 在pos前插入值为4的元素
	L.insert(pos, 4);
	PrintList(L);

	// 在pos前插入5个值为5的元素
	L.insert(pos, 5, 5);
	PrintList(L);
	// 在pos前插入[v.begin(), v.end()]之间的元素
	vector<int> v{7, 8, 9};
	L.insert(pos, v.begin(), v.end());
	PrintList(L);

	// 删除pos位置上的元素
	L.erase(pos);
	PrintList(L);

	//删除list中[begin,end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
	L.erase(L.begin(), L.end());
	PrintList(L);
}
	
// resize / swap / clear
void TestList4()
{
	// 用数组来构造list
	int array1[] = {1, 2, 3};
	list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
	PrintList(l1);

	// 交换l1和l2中的元素
	l1.swap(l2);
	PrintList(l1);
	PrintList(l2);

	// 将l2中的元素清空
	l2.clear();
	cout << l2.size() << endl;
}
// list还有一些操作，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，此处可以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的底层结构是带头节点的双向循环链表，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。

void TestListIterator1()
{
	int array[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0};
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	auto it = l.begin();
	while(it != l.end())
	{
		l.erase(it);
		++it;
	}
}
// ========================================
// 改正
void TestListIterator()
{
	int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	auto it = l.begin();
	while(it != l.end())
	{
		l.erase(it++); // it = l.erase(it);
	}
}

2.list的模拟实现

2.1 模拟实现list

要模拟实现list，必须要熟悉list的底层结构及其接口的含义，通过上面的学习，这些内容已基本掌握，现在我们模拟实现list。

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