前言

作者：小蜗牛向前冲

名言：我可以接受失败，但我不能接受放弃

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目录

一 、见见STL中的list

1、list的介绍

 2、list的常见接口

二、list的模拟实现

1、list框架搭建

2、模拟实现list迭代器

3、list整体实现 

三、list和vector的对比

1、对比二者的优缺点

2、list和vector的排序效率 

 本期学习目标：认识STL中的list，模拟实现list,对list的迭代器深入理解，对比list和vector。

一 、见见STL中的list

1、list的介绍

下面我们了看看cpulcpul官网中的介绍：

 文档介绍：

1. 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。
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)。

从上面的介绍中我们初步认识到了list的是带头双向链表，对于要掌握的数据结构之一，下面我们一起来回忆一下他的增删查改操作。 

 2、list的常见接口

list的有很多接口，下面我们主要介绍几个重点接口：

list的构造

因为list在C++中是用类来封装的，他也就有自己的构造函数，但由于list初始化的场景非常多，所以他有多个构造函数，下面的在模拟实现的时候可以细细体会，下面我们先见见有哪些构造函数：

list modifiers 

为来对list进行修改，也提供了一些修改的接口：

二、list的模拟实现

为了更好的理解list的底层实现，下面将大家一起去模拟实现list。

1、list框架搭建

我们要模式实现list，而list是个带头双向链表，那么我们首先搭建一个list_node的类模板

	struct list_node{list_node*  _next;//指向后一个节点list_node*  _prev;//指向前一个节点T _data;//节点中的数据list_node(const T& x):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}};

这里我们要注意的是我们不仅仅定义了节点的指向，我们还应该对节点进行初始化。

有了节点，那么我们就应该定义list类的主体，他的私有变量应该要有指向list_node的指针head,和记录链表个数的size,为了方便定义，这里我们可以直接对list_node的变量名重定义。

	templateclass list{typedef list_node node;public://各种成员函数private:node* _head;size_t _size;};

下面我们就要实现各种成员函数就可以了，但是在实现成员函数之前，我们要先实现list的迭代器。

2、模拟实现list迭代器

 我们在模式实现vector的迭代器的时候，认为迭代器就是一个指针。那么我们这里也可以把list的迭代器当作指针实现吗？这里显然是不可以的，为什么这么说呢？

当一个指针++他跳过的是他的一个类型的大小，但是list节点并不是挨个存储的他节点的空间是随机的，节点间是依靠节点中存放对方的地址指向对方的。

其实不仅仅++操作不满足，还有许多操作都是不满足的，如--操作。

我们又该如何解决这个问题呢？

其实我们可以用一个类模板，包含迭代器功能的成员函数，就可以解决。当我们调用迭代器时其实就是调用类模板中的成员函数。

但是这里要注意一个细节：由于成员函数他的返回值可能存在类型的差异，比如：*解引用的时候，返回_pnode->_data,但是->的时候是&_pode->_data;

这样类模板的参数就不仅仅是一个模板参数，而要三个模板参数才能解决。

//定义迭代器template struct __list_iterator{typedef list_node node;typedef __list_iterator Self;node* _pnode;//初始化__list_iterator(node* p):_pnode(p){}Ptr operator->(){return &_pnode->_data;}Ref operator*(){return _pnode->_data;}Self& operator++(){_pnode = _pnode->_next;return *this;}Self operator++(int){Self tmp(*this);_pnode = _pnode->_next;return tmp;}Self& operator--(){_pnode = _pnode->prev;return *this;}Self operator--(int){Self tmp(*this);_pnode = _pnode->_prev;return tmp;}bool operator!=(const Self it)const{return _pnode != it._pnode;}bool operator==(const Self& it)const{return _pnode == it._pnode;}};

 其实不少同学可能会困惑，为什么要在迭代器中重载出->,这个不是我们在用结构体或者类中指针成员才用到的吗？

我们要明白list节点中可能存放的不是数据,也可能是存放指针一个结构体的指针。

下面我们来看代码理解：

	struct Pos{int _row;int _col;Pos(int row = 0, int col = 0):_row(row), _col(col){}};void print_list(const list& lt){list::const_iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){//it->_row++;cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;++it;}cout << endl;}void test3(){list lt;Pos p1(1, 1);lt.push_back(p1);lt.push_back(p1);lt.push_back(p1);lt.push_back(Pos(2, 2));lt.push_back(Pos(3, 3));// int* p  -> *p// Pos* p  -> p->list::iterator it = lt.begin();//list::iterator it2 = it;while (it != lt.end()){it->_row++;//cout << (&(*it))->_row << ":" << (*it)._col << endl;cout << it->_row << ":" << it->_col << endl;//cout << it.operator->()->_row << ":" << it->_col << endl;++it;}cout << endl;print_list(lt);}

 这里我们定义了一个Pos的类，他的功能就是记录row 和col,在定义一个函数print_list打印list中的做标，下面在我们的测试函数在插入一些数据。如果是在测试函数体内打印lt本来是非常复杂的如果没有重载迭代器的->.

这里理解: (&(*it))->_row？----->简单的来是就是要拿到这个it节点中的数据

如果我们要拿到Pos中的数据就只要用Pos创建一个变量p,p->row,就能拿到类中的数据，但是现在我们只有一个指向链表节点的迭代器，也就是只要我们*解引用it就能拿到节点中的数据，但是节点中的数据是一个类的，要能到类Pos的数据就要拿到类的地址，并用->指向结构体中变量的数据。

听起来是不是好晕，所以为了简化操作我们就在迭代器的类中封装了->.

	Ptr operator->(){return &_pnode->_data;//&这里是取地址，也就是说返回的指针}

迭代器失效问题 

我们都知道迭代器是用类封装好的里面有功能各异的成员函数，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。

3、list整体实现 

这里我们在整体实现的时候仍然采取分文件的做法，test.cpp用来包含所要的头文件，list.h用来实现list的主体内容。

test.cpp

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include
#include
using namespace std;
#include"list.h"int main()
{pjb::test1();return 0;
}

list.h

#pragma once//防止头文件被多次包含namespace pjb
{templatestruct list_node{list_node*  _next;list_node*  _prev;T _data;list_node(const T& x):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}};//定义迭代器template struct __list_iterator{typedef list_node node;typedef __list_iterator Self;node* _pnode;//初始化__list_iterator(node* p):_pnode(p){}Ptr operator->(){return &_pnode->_data;}Ref operator*(){return _pnode->_data;}Self& operator++(){_pnode = _pnode->_next;return *this;}Self operator++(int){Self tmp(*this);_pnode = _pnode->_next;return tmp;}Self& operator--(){_pnode = _pnode->prev;return *this;}Self operator--(int){Self tmp(*this);_pnode = _pnode->_prev;return tmp;}bool operator!=(const Self it)const{return _pnode != it._pnode;}bool operator==(const Self& it)const{return _pnode == it._pnode;}};//定义lsit的类templateclass list{typedef list_node node;public:typedef __list_iteratoriterator;typedef __list_iterator const_iterator;//初始化哨兵位的头void empty_initialize(){_head = new node(T());_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}//构造函数list(){empty_initialize();}//析构函数~list(){clear();//清除头节点delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}template list(InputIterator first, InputIterator last){empty_initialize();while (first != last){push_back(*first);++first;}}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}iterator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}//交换void swap(list& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}//lt2(lt1)list(const list& lt){empty_initialize();list tmp(lt.begin(), lt.end());swap(tmp);}//lt3 = lt1list& operator=(list lt){swap(lt);return *this;}//删除iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* prev = pos._pnode->_prev;node* next = pos._pnode->_next;prev->_next = next;next->_prev = prev;delete pos._pnode;--_size;return iterator(next);}//插入iterator insert(iterator pos, const T& x){//为插入申请新空间node* newnode = new node(x);node* cur = pos._pnode;//指向要插入位置的节点node* prev = cur->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return iterator(newnode);//返回新节点的地址}//尾插void push_back(const T& x){insert(end(),x);}//头插void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}//尾删除void pop_back(){erase(--end());}bool empty()const{return _size == 0;}size_t size()const{return _size;}private:node* _head;size_t _size;};//简单测试void test1(){list 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()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}
}

这里我们看到模拟实现的时候，我们还写了一个测试案例，下面去验证一下

三、list和vector的对比

1、对比二者的优缺点

vector

list 

2、list和vector的排序效率 

这里我们要注意的是list有自己专门sort排序，而vector是用算法库中的排序，这是因为list的结构的特殊性，算法库中的不能够满足list的排序。

那二者那个效率更好呢?

测试10万个数据二者的排序时间的差异：

void test_op()
{srand(time(0));const int N = 100000;vector v;v.reserve(N);list lt;for (int i = 0; i < N; ++i){auto e = rand();v.push_back(e);lt.push_back(e);}int begin1 = clock();//对v排序sort(v.begin(), v.end());int end1 = clock();int begin2 = clock();//对lt排序lt.sort();int end2 = clock();printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}int main()
{test_op();return 0;
}

 从上面来看vector的排序效率是远大于list的，所以我们一个尽量不要使用list的排序。