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前言
本专栏上一篇博客把vector的有关实现和细节问题都讲解完毕
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的介绍和使用
1.1 list的介绍
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
只不过在stl库里面给它进行了封装
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))
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() ————————————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
list<int> l1; // 构造空的l1
list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
list<int> l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> l4(l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = { 16,2,77,29 };
list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
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
【注意】
- begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
- rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动
代码展示
// 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
}
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list中的元素
// list<int>::iterator it = l.begin(); // C++98中语法
auto it = l.begin(); // C++11之后推荐写法
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
auto rit = l.rbegin();
while (rit != l.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
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 ——————————交换两个list中的元素
clear ——————————清空list中的有效元素
代码展示
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);
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)区间中的元素
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);
// 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
list<int> l2;
l1.swap(l2);
PrintList(l1);
PrintList(l2);
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
cout << l2.size() << endl;
list中还有一些操作，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。
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())
{
// 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
l.erase(it);
++it;
}
}
// 改正
void TestListIterator()
{
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 = l.erase(it);
}
}
上面有关list的使用和说明就到这里啦，下面我们来模拟实现一下list
二、list的模拟实现
前面在外面的vector的时候就已经模拟实现过，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
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
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
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self operator++(int) // 后置++
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
Self operator--(int) // 后置--
{
Self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& it)
{
return _node != it._node;
}
bool operator==(const Self& it)
{
return _node == it._node;
}
};
然后就是封装list，实现迭代器，各种增删改查函数，还有默认成员函数
这里我就不像vector一样一个一个赘述啦，相信模拟实现过string和vector之后其实这些写起来也就顺手啦
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
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
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
iterator begin() // 迭代器
{
//return iterator(_head->_next);
iterator it(_head->_next);
return it;
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
void empty_init() // 初始化
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list() // 默认构造
{
empty_init();
}
list(initializer_list<T> lt) // c++11支持 { }构造
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
// lt2(lt1)
list(const list<T>& lt) // 拷贝构造
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
// lt1 = lt3
list<T>& operator=(list<T> lt) // 赋值重载
{
swap(lt);
return *this;
}
void swap(list<T>& lt) // list内部的 swap
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear() // 清楚函数
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
size_t size() const
{
return _size;
}
void push_back(const T& x)
{
/*Node* newnode = new Node(x);
Node* tail = _head->_prev;
newnode->_prev = tail;
tail->_next = newnode;
newnode->_next = _head;
_head->_prev = newnode;*/
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
++_size;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* nextNode = cur->_next;
Node* prevNode = cur->_prev;
prevNode->_next = nextNode;
nextNode->_prev = prevNode;
delete cur;
--_size;
return iterator(nextNode);
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
经过几次的模拟实现stl，发现stl的容器大多都是类似的，有点期待后面的map和set
list 的模拟实现就到这里啦
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），但随机访问效率较低。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）、插入操作不引发迭代器失效（删除仅影响被删节点迭代器）。模拟实现需封装节点结构体，设计泛型迭代器（重载++/--/*等操作），并实现深拷贝控制。与vector对比，list适合频繁增删场景，而vector更适合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作逻辑。
不要走开，小编持续更新中~~~~~
