16.C++入门：list|手撕list|反向迭代器|与vector对比

原创于 2026-01-08 15:19:39 发布 · 181 阅读

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#c++ #list #windows

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list的模拟实现

list.h

#pragma once
#include<assert.h>

namespace bit
{
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode<T>* _next;
		ListNode<T>* _prev;
		T _data;

		ListNode(const T& x = T())
			:_next(nullptr)
			,_prev(nullptr)
			,_data(x)
		{}
	};

	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct __list_iterator
	{
		typedef ListNode<T> Node;
		typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
		Node* _node;

		__list_iterator(Node* x)
			:_node(x)
		{}

		// ++it
		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		// it++
		self operator++(int)
		{
			//__list_iterator<T> tmp(*this);
			self tmp(*this);

			_node = _node->_next;

			return tmp;
		}

		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);

			_node = _node->_prev;

			return tmp;
		}

		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const self& s)
		{
			return _node == s._node;
		}
	};

	//template<class T>
	//struct __list_const_iterator
	//{
	//	typedef ListNode<T> Node;
	//	typedef __list_const_iterator<T> self;
	//	Node* _node;

	//	__list_const_iterator(Node* x)
	//		:_node(x)
	//	{}

	//	// ++it
	//	self& operator++()
	//	{
	//		_node = _node->_next;
	//		return *this;
	//	}

	//	// it++
	//	self operator++(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);

	//		_node = _node->_next;

	//		return tmp;
	//	}

	//	self& operator--()
	//	{
	//		_node = _node->_prev;
	//		return *this;
	//	}

	//	self operator--(int)
	//	{
	//		self tmp(*this);

	//		_node = _node->_prev;

	//		return tmp;
	//	}

	//	const T& operator*()
	//	{
	//		return _node->_data;
	//	}

	//	bool operator!=(const self& s)
	//	{
	//		return _node != s._node;
	//	}

	//	bool operator==(const self& s)
	//	{
	//		return _node == s._node;
	//	}
	//};

	template<class T>
	class list
	{
		typedef ListNode<T> Node;
	public:
		typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

		//typedef __list_const_iterator<T> const_iterator;


		iterator begin()
		{
			//return iterator(_head->_next);
			return _head->_next;
		}

		iterator end()
		{
			return _head;
		}

		const_iterator begin() const 
		{
			return _head->_next;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _head;
		}

		void empty_init()
		{
			_head = new Node;
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		list()
		{
			empty_init();
		}

		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}

		~list()
		{
			clear();

			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		//list(const list<T>& lt)
		list(list<T>& lt)
		{
			empty_init();

			for (const auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		// lt1 = lt2;
		// list<T>& operator=(const list<T>& lt)
		/*list<T>& operator=(list<T>& lt)
		{
			if (this != &lt)
			{
				clear();
				for (const auto& e : lt)
				{
					push_back(e);
				}
			}
			return *this;
		}*/

		void swap(list<T>& tmp)
		{
			std::swap(_head, tmp._head);
		}

		//list& operator=(list lt)
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
			swap(lt);
			return *this;
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			/*Node* newnode = new Node(x);
			Node* tail = _head->_prev;

			tail->_next = newnode;
			newnode->_prev = tail;
			newnode->_next = _head;
			_head->_prev = newnode;*/

			insert(end(), x);
		}

		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		// vector insert会导致迭代器失效
		// list会不会？不会
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* newnode = new Node(x);

			// prev newnode cur
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			//return iterator(newnode);
			return newnode;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;
			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete cur;

			return next;
		}

	private:
		Node* _head;
	};

	void test_list1()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//*it += 10;

			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list2()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);


		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.push_back(5);
		lt.push_front(0);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.pop_back();
		lt.pop_front();

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.clear();

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		lt.push_back(10);
		lt.push_back(20);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list3()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		list<int> copy(lt);
		for (auto e : copy)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		list<int> lt1;
		lt1.push_back(10);
		lt1.push_back(20);
		lt1.push_back(30);
		lt1.push_back(40);

		lt = lt1;
		for (auto e : copy)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void print_list(const list<int>& lt)
	{
		list<int>::const_iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			//*it += 10;

			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		for (auto e : lt)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_list4()
	{
		list<int> lt;
		lt.push_back(1);
		lt.push_back(2);
		lt.push_back(3);
		lt.push_back(4);

		print_list(lt);


		list<int>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			*it += 10;

			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}

	struct AA
	{
		int _a1;
		int _a2;

		AA(int a1 = 1, int a2 = 1)
			:_a1(a1)
			, _a2(a2)
		{}
	};

	void test_list5()
	{
		list<AA> lt;
		AA aa1;
		lt.push_back(aa1);

		lt.push_back(AA());

		AA aa2(2, 2);
		lt.push_back(aa2);

		lt.push_back(AA(2, 2));

		list<AA>::iterator it = lt.begin();
		while (it != lt.end())
		{
			cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
			cout << it.operator*()._a1 << ":" << it.operator*()._a2 << endl;

			cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
			cout << it.operator->()->_a1 << ":" << it.operator->()->_a2 << endl;

			++it;
		}
		cout << endl;
	}
}

test.cpp

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

#include"List.h"

//int main()
//{
//	list<int> lt;
//	lt.push_back(1);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(3);
//	lt.push_back(4);
//	lt.push_back(5);
//
//	list<int>::iterator it = lt.begin();
//	while (it != lt.end())
//	{
//		*it += 10;
//
//		cout << *it << " ";
//		++it;
//	}
//	cout << endl;
//
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	lt.reverse();
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	return 0;
//}

void test_op1()
{
	srand(time(0));
	const int N = 1000000;

	list<int> lt1;
	list<int> lt2;

	vector<int> v;

	for (int i = 0; i < N; ++i)
	{
		auto e = rand();
		lt1.push_back(e);
		v.push_back(e);
	}

	int begin1 = clock();
	// 
	sort(v.begin(), v.end());
	int end1 = clock();

	int begin2 = clock();
	lt1.sort();
	int end2 = clock();

	printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}

void test_op2()
{
	srand(time(0));
	const int N = 1000000;

	list<int> lt1;
	list<int> lt2;

	for (int i = 0; i < N; ++i)
	{
		auto e = rand();
		lt1.push_back(e);
		lt2.push_back(e);
	}

	int begin1 = clock();
	// vector

	vector<int> v(lt2.begin(), lt2.end());
	// 
	sort(v.begin(), v.end());

	// lt2
	lt2.assign(v.begin(), v.end());

	int end1 = clock();

	int begin2 = clock();
	lt1.sort();
	int end2 = clock();

	printf("list copy vector sort copy list sort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}

//int main()
//{
//	list<int> lt;
//	lt.push_back(1);
//	lt.push_back(4);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(4);
//	lt.push_back(3);
//
//	lt.push_back(5);
//
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	lt.sort();
//	lt.unique();
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	//sort(lt.begin(), lt.end());
//	test_op2();
//
//	return 0;
//}

//int main()
//{
//	// LRU
//	list<int> lt;
//	lt.push_back(1);
//	lt.push_back(2);
//	lt.push_back(3);
//	lt.push_back(4);
//	lt.push_back(5);
//
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	// 2תλȥ
//	lt.splice(lt.end(), lt, find(lt.begin(), lt.end(), 2));
//
//	for (auto e : lt)
//	{
//		cout << e << " ";
//	}
//	cout << endl;
//
//	return 0;
//}

//struct AA
//{
//	int _a1;
//	int _a2;
//
//	AA(int a1 = 1, int a2 = 1)
//		:_a1(a1)
//		,_a2(a2)
//	{}
//};

//int main()
//{
//	list<AA> lt;
//	AA aa1;
//	lt.push_back(aa1);
//
//	lt.push_back(AA());
//
//	AA aa2(2,2);
//	lt.push_back(aa2);
//
//	lt.push_back(AA(2, 2));
//
//	list<AA>::iterator it = lt.begin();
//	while (it != lt.end())
//	{
//		cout << (*it)._a1 << ":" << (*it)._a2 << endl;
//		cout << it->_a1 << ":" << it->_a2 << endl;
//
//		++it;
//	}
//	cout << endl;
//}

int main()
{
	bit::test_list5();

	return 0;
}

list的反向迭代器

通过前面例子知道，反向迭代器的++就是正向迭代器的–，反向迭代器的–就是正向迭代器的++，因此反向迭代器的实现可以借助正向迭代器，即：反向迭代器内部可以包含一个正向迭代器，对正向迭代器的接口进行包装即可。

template<class Iterator>  
class ReverseListIterator  
{  
	// 注意：此处typename的作用是明确告诉编译器，Ref是Iterator类中的类型，而不是静态成员变量  
	// 否则编译器编译时就不知道Ref是Iterator中的类型还是静态成员变量  
	// 因为静态成员变量也是按照 类名::静态成员变量名 的方式访问的  
public:  
	typedef typename Iterator::Ref Ref;  
	typedef typename Iterator::Ptr Ptr;  
	typedef ReverseListIterator<Iterator> Self;  
	public:  
	//////////////////////////////////////////////  
	// 构造  
	ReverseListIterator(Iterator it): _it(it){}  
	//////////////////////////////////////////////  
	// 具有指针类似行为  
	Ref operator*(){  
		Iterator temp(_it);  
		--temp;  
		return *temp;  
	} 
	
	Ptr operator->(){ return &(operator*());}  
		//////////////////////////////////////////////  
		// 迭代器支持移动  
		Self& operator++(){  
		--_it;  
		return *this;  
	} 
	
	Self operator++(int){  
		Self temp(*this);  
		--_it;  
		return temp;  
	} 
	
	Self& operator--(){  
		++_it;  
		return *this;  
	} 
	
	Self operator--(int)  
	{  
		Self temp(*this);  
		++_it;  
		return temp;  
	} 
	//////////////////////////////////////////////
	// 迭代器支持比较  
	bool operator!=(const Self& l)const{ return _it != l._it;}  
	bool operator==(const Self& l)const{ return _it != l._it;}  
	Iterator _it;  
};

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：

	vector	list
底层结构	动态顺序，一段连续空间	带头结点的双向循环链表
随机访问	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)
插入和删除	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)；插入时可能需要增容（开新空间、拷贝元素、释放旧空间），导致效率更低	任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为 O (1)
空间利用率	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
迭代器	原生态指针	对原生态指针 / 节点指针进行封装
迭代器失效	插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值（可能导致数组扩容，使原迭代器失效）；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
使用场景	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