资讯专栏INFORMATION COLUMN

[C/C++]详解STL容器3--list的功能和模拟实现(迭代器失效问题)

amc / 716人阅读

摘要:本文介绍了的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,包括迭代器的实现。与为反向迭代器,对迭代器执行操作,迭代器向前移动。

本文介绍了list的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,包括list迭代器的实现。

目录

一、list的介绍

二、list的常用接口的使用

1. list的构造

2. list iterator的使用

3.list capacity的使用

4.list element access

5.list modifiers

6. list的迭代器失效

三、list与vector的对比

四、list的模拟实现


一、list的介绍

list 容器,又称双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着,list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。结构如图。

 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

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。

 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。最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问,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;list还需要一些额外的空间,以保存每个节点的相关联信息。

二、list的常用接口的使用

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
#include #include int main (){    std::list a; // 构造空的a    std::list b (4,1); // b中放4个值为100的元素    std::list c (b.begin(), b.end()); // 用b的[begin(), end())左闭右开的区间构造c    std::list d (c); // 用c拷贝构造d    // 以数组为迭代器区间构造e    int array[] = {16,2,77,29};    std::list e (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) );    // 用迭代器方式打印e中的元素    for(std::list::iterator it = e.begin(); it != e.end(); it++)        std::cout << *it << " ";    std::cout<

2. list iterator的使用

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

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。

 

#include using namespace std;#include void print_list(const list& l){    // 注意这里调用的是list的 begin() const,返回list的const_iterator对象    for (list::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 l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));    // 使用正向迭代器正向list中的元素    for (list::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::reverse_iterator it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it)        cout << *it << " ";    cout << endl;    return 0;}

3.list capacity的使用

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

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

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

6. list的迭代器失效

此处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。

三、list与vector的对比

vectorlist



动态顺序表,一段连续空间带头结点的双向循环链表


访
支持随机访问,访问某个元素效率O(1)不支持随机访问,访问某个元素效率O(N)




任意位置插入和删除效率低,需要搬移元素,时间复杂度为O(N),插入时有可能需要增容,增容:开辟新空间,拷贝元素,释放旧空间,导致效率更低




底层为连续空间,不容易造成内存碎片,空间利用率高,缓存利用率高底层节点动态开辟,小节点容易造成内存碎片,空间利用率低,缓存利用率低


原生态指针对原生态指针(节点指针)进行封装




在插入元素时,要给所有的迭代器重新赋值,因为插入元素有可能会导致重新扩容,致使原来迭代器失效,删除时,当前迭代器需要重新赋值否则会失效插入元素不会导致迭代器失效,删除元素时,只会导致当前迭代器失效,其他迭代器不受影响
使


需要高效存储,支持随机访问,不关心插入删除效率大量插入和删除操作,不关心随机访问

四、list的模拟实现

 list的模拟实现十分有趣,这里需要注意,list本身和list的节点是不同的结构,所以需要分开设计。成员都是只需浅拷贝,所以拷贝构造,析构 ,重载 = 都可以使用默认。

list iterator也需要多带带设计,因为原生指针已经无法满足迭代器需求,所以需要封装,让它像一个指针一样完成访问操作。

通过template 区别T&,*T。

#include #include #include #include #include #include using namespace std;namespace Zht{  template     struct _list_node     //list本身和list的节点是不同的结构,所以需要分开设计,这里是list节点的结构  {      T val;              //数据      _list_node* _next;       //下一个节点指针      _list_node* _prev;       //上一个            _list_node(const T& val = T())      //构造节点        :val(val)                         //传的参        ,_prev(nullptr)        ,_next(nullptr)      {                }  };  template   struct _list_iterator   {    typedef _list_node node;    typedef _list_iterator self;    node* _pnode;      //迭代器本质上是指针    _list_iterator(node* pnode)     //构造函数      :_pnode(pnode)    {    }    //这里,成员都是只需浅拷贝,所以拷贝构造,析构 ,重载 = 都可以使用默认       Ref operator*()       //重载*,通过Ref灵活的调整const和普通。    {      return _pnode->val;    }    bool operator!=(const self& s) const     {      return _pnode != s._pnode;    }    bool operator==(const self& s) const     {      return _pnode == s._pnode;    }    self& operator++()            //++就是指向下一个节点    {      _pnode = _pnode->_next;      return *this;    }    self operator++(int)          //C++规定后缀调用需要有一个int型参数作为区分前缀与后缀调用的区别    {      self tmp (*this);      ++*this;      return tmp;                 //*this++后++    }    self& operator--()    {      _pnode = _pnode->_prev;      return *this;    }    self operator--(int)    {      self tmp (*this);      --*this;      return tmp;    }    Ptr operator->()    {      return &(operator*());          }  };  template   class list  {      typedef _list_node node;  public:      typedef _list_iterator iterator;      typedef _list_iterator const_iterator;      list()      //构造函数,构造哨兵位      {          _head = new node;           //开一个节点          _head->_next = _head;       //初始化节点          _head->_prev = _head;      }      template       list(Iterator first, Iterator last)      {        _head = new node;        _head->_next = _head;        _head->_prev = _head;        while(first != last)        {          push_back(*first);          first++;        }      }      list(const list& It)      {        _head = new node;                   //构造哨兵节点        _head->_next = _head;             _head->_prev = _head;        for(const auto& e : It)             //逐个尾插        {          push_back(e);        }      }      list& operator=(list It)      {        swap(_head, It._head);        return *this;      }      ~list()      {        clear();        delete _head;        _head = nullptr;      }      iterator begin()      {        return iterator(_head->_next);      }      const_iterator begin() const            //调用const的迭代器,返回一个用_head->next构造的迭代器对象      {        return const_iterator(_head->_next);       }      iterator end()                                {        return iterator(_head);      }      const_iterator end() const       {        return const_iterator(_head);      }      void push_back(const T& x)        //只有哨兵位的也可以通用      {         /* node* newnode = new node(x);    //创建新节点          node* tail = _head->_prev;      //当前的最后一个节点          tail->_next = newnode;          newnode->_next = _head;          newnode->_prev = tail;          _head->_prev = newnode;*/        insert(iterator(end()), x);     //前一个就是尾      }            void push_front(const T& x)      {        insert(iterator(begin),x);      }      void pop_back()      {        erase(iterator(--end()));      }      void pop_front()      {        erase(iterator(begin()));      }            iterator insert(iterator pos, const T& val)       //pos位置前插入      {        node* newnode = new node(val);        node* tail = pos._pnode;        newnode->_next = tail;        newnode->_prev = tail->_prev;        newnode->_prev->_next = newnode;              //还要让前一个指向自己        pos._pnode->_prev = newnode;        return iterator(newnode);                     //需要返回迭代器;      }      iterator erase(iterator pos)    //删除pos位置              {        assert(pos._pnode);        assert(pos != end());        node* tail = pos._pnode;        node* ret = tail->_next;        tail->_prev->_next = tail->_next;        tail->_next->_prev = tail->_prev;        delete tail;        return iterator(ret);       //返回下一个      }      bool empty()      {        return begin() == end();      }      size_t size()      {        size_t sz = 0;        iterator it = begin();        while(it != end())        {          sz++;          it++;        }        return sz;      }      void clear()      {        iterator it = begin();        while(it != end())        {          erase(it);          it++;        }      }        private:      node* _head;  };    void PrintList(const list& It)  {    list::const_iterator it = It.begin();    while(it != It.end())    {      cout << *it < lt;		lt.push_back(1);		lt.push_back(2);		lt.push_back(3);		lt.push_back(4);		list::iterator it = lt.begin();		while (it != lt.end())		{			*it += 1;			cout << *it << " ";			++it;		}		cout << endl;		for (auto e : lt)		{			cout << e << " ";		}		cout << endl;		PrintList(lt);  }}

 

文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/121133.html

相关文章

  • [C/C++]详解STL1--string功能模拟实现(深浅拷贝问题

    摘要:本文介绍了类的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,对模拟实现中涉及到的深浅拷贝问题进行了解析。在此之前,必须提到一个经典问题。为了解决浅拷贝问题,所以中引入了深拷贝。但是实际使用中需要是第一个形参对象,才能正常使用。 本文介绍了string类的常用接口的使用,并对其进行了模拟实现,对模拟实...

    tianren124 评论0 收藏0
  • [C/C++ -STL]vector使用及迭代失效问题详解

    摘要:函数底层实际上是对指针的操作隶书向,范围内比较等于的第一个元素返回迭代器。指定位置元素的删除操作使用查找所在位置的删除位置的数据,导致迭代器失效。因此删除中任意位置上元素时,就认为该位置迭代器失效了。 ...

    VishKozus 评论0 收藏0
  • [C/C++ -STL]vector底层实现机制刨析

    摘要:并且由于的连续性,且循环中有迭代器的自加,所以在删除一个元素后,迭代器需要减。隶书方案二与方案一在迭代器的处理上是类似的,不过对元素的访问采用了迭代器的方法。 一、...

    lowett 评论0 收藏0
  • [C/C++ -STL]list模拟实现list迭代底层刨析

    摘要:对类采用三个模板来实现迭代器。楷体类中和模板定义分别对应迭代器中模板定义的楷体采用向上传值的方式,传入不同值来采用不同迭代器。首先是迭代器的,分为前置和后置。迭代器的和都是获取迭代器所对应的值。唯一的差别就是就是用到了迭代器。 ...

    不知名网友 评论0 收藏0
  • C++】list详解

    摘要:结果我们发现,好像没多大问题,但是我们尝试修改迭代器里面的内容时,却发现能修改成功。注意为两个迭代器之间的距离。报错这里的报错说的是不在我们的迭代器当中,这个是对我们迭代器类型的一个检查。当中为迭代器添加了如下声明来解决这个问题。 ...

    wanghui 评论0 收藏0

发表评论

0条评论

最新活动
阅读需要支付1元查看
<