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C++之list类及模拟实现

news 来源：原创 2025/8/10 19:26:22

list的介绍

list的模拟实现

定义节点

有关遍历的重载运算符

list的操作实现

（1）构造函数

(2)拷贝构造函数

（3）赋值运算符重载函数=

（4）析构函数和clear成员函数

（5）尾插/头插和尾删/头删

（6)size成员函数

（7）在任意位置插入 (insert)

（8）任意位置删除（erase）

（9）迭代器

完整代码展示

vector和list的比较

1.排序

(1)list和vector排序

（2）list copy vector sort copy list sort和list

2.总结

list的介绍

（1）list类其实就是链表，但是它是双向链表。在数据结构中我们了解过双向链表的特点。下面我们回忆一下。

1.节点中具有两个指针。一个指针指向该节点的前一个节点，另一个指针指向该节点的下一个节点。

2.存在哨兵位。初始化的时候节点里的下一个节点和上一个节点都指向自己。

（2）STL中list的底层结构

list的模拟实现

定义节点

我们先定义双向链表的节点并初始化。

template <class T>struct list_node{list_node* _next;list_node* _prev;T _data;list_node(const T& x = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}};

有关遍历的重载运算符

list容器有迭代器，那么就可以进行遍历，因此我们要可以++，--等运算符重载。而且在插入删除操作中我们常常需要 ‘.’ '->'对链表进行遍历。因为普通迭代器和const迭代器中只有operator*和operator->的返回值有区别，所以我们就在模板上多增加了两个模板参数。

代码如下：

template<class T,class Ref,class Ptr>struct list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}//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& operator++()//前置++，先++再取值{_node=_node->_next;return *this;} Self operator++(int)//后置++，先取值再++{Self tmp(*this);//取值_node = _node->_next;return tmp;//返回被取的值}Self operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator==(const Self& lt){return _node == lt._node;//结构体变量用「.」来访问成员，而结构体指针用「->」来访问。}bool operator!=(const Self& lt){return _node != lt._node;}};

list的操作实现

（1）构造函数

创建节点并把节点中的指针全部指向自己。

list()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}

(2)拷贝构造函数

先构造a1,再把lt中的资源尾插给a1。

      void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}   //a1(a2)，a1是新建的list(const list<T>& lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}//initializer_list<T>list(std::initializer_list<T> lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}

两种拷贝构造的区别：

（3）赋值运算符重载函数=

        void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}//lt1=ltlist<T>& operator=(list<T>& lt){swap(lt);return *this;}

看到这个代码我们就会想为什么运算符重载中的形参不加const呢？如果加了const就像 void swap(*this,const list<T>& y)一样，这样是会报错的，两边类型不同，swap函数是一个函数模板，只有一个模板参数，那么有人会说把这个改成类型相同的不就行了。但是我们知道const list<T>& lt中const修饰list<T> 类型，则lt 引用的对象（即 list<T>）是常量对象，不能通过 lt 修改它的内容。它的值在初始化后就不能改变，而在swap函数中需要交换它们的资源，那么lt就需要改变。

（4）析构函数和clear成员函数

clear的作用只是清理链表的节点，只剩下哨兵位，并不会释放空间。

       ~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}

（5）尾插/头插和尾删/头删

        void push_back(const T&x){insert(end(), x);}void push_front(const T&x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());//end()是哨兵位}void pop_front(){erase(begin());}

（6)size成员函数

        size_t size()const{return _size;}

（7）在任意位置插入 (insert)

         typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator;   void insert(iterator pos, const T& x){node* newnode = new node(x);node*pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pre;pre->_prev = newnode;_size++;}

注意：pos的类型是list_iterator<T,T&,T*>,这个类中的成员变量只有_node,而_node的类型才是list_node,类型为list_node才有节点的成员变量。所以我们要node*pre = pos._node，而不能直接使用pos。

（8）任意位置删除（erase）

list中的erase也会有迭代器失效，所以我们需要返回下一个迭代器。

         typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator; iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;node* next = pre->_next;delete pre;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return iterator(next);}

（9）迭代器

        iterator begin(){iterator it(_head->_next);//调用了list_iterator类模板的构造函数return it;}iterator end(){iterator it(_head);return it;}const_iterator begin()const{const_iterator it(_head->_next);return it;}const_iterator end()const{const_iterator it(_head);return it;}

完整代码展示

#include<assert.h>
namespace slm
{//创建节点template <class T>struct list_node{list_node* _next;list_node* _prev;T _data;list_node(const T& x = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(x){}};//实现运算符重载template<class T,class Ref,class Ptr>//template<class T,class T&,class T*>struct list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}//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& operator++()//前置++，先++再取值{_node=_node->_next;return *this;} Self operator++(int)//后置++，先取值再++{Self tmp(*this);//取值_node = _node->_next;return tmp;//返回被取的值}Self operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}Self operator--(int){Self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}bool operator==(const Self& lt){return _node == lt._node;//结构体变量用「.」来访问成员，而结构体指针用「->」来访问。}bool operator!=(const Self& lt){return _node != lt._node;}};template<class T>class list{typedef list_node<T> node;typedef list_iterator<T,T&,T*> iterator;typedef list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;public:iterator begin(){iterator it(_head->_next);return it;}iterator end(){iterator it(_head);return it;}const_iterator begin()const{const_iterator it(_head->_next);return it;}const_iterator end()const{const_iterator it(_head);return it;}void empty_Init(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_Init();}//a1(a2)list(const list<T>& lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}list(std::initializer_list<T> lt){empty_Init();for (auto& e : lt){push_back(e);}}void swap(list<T>& lt){std::swap(_head, lt._head);std::swap(_size, lt._size);}//lt1=ltlist<T>& operator=(list<T>& lt){swap(lt);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){iterator it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}size_t size()const{return _size;}void push_back(const T&x){insert(end(), x);}//在pos前插入void insert(iterator pos, const T& x){node* newnode = new node(x);node*pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pre;pre->_prev = newnode;_size++;}iterator erase(iterator pos){assert(pos != end());node* pre = pos._node;node* prev = pre->_prev;node* next = pre->_next;delete pre;prev->_next = next;next->_prev = prev;_size--;return iterator(next);}void push_front(const T&x){insert(begin(), x);}void pop_back(){erase(--end());//end()是哨兵位}void pop_front(){erase(begin());}private:node* _head;size_t _size;};
}

vector和list的比较

1.排序

(1)list和vector排序

#include<iostream>
#include<list>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
void test_op1()
{srand(time(0));const int N = 1000000;list<int> lt1;vector<int> v;for (int i = 0; i < N; ++i){auto e = rand() + i;lt1.push_back(e);v.push_back(e);}int begin1 = clock();// vector排序sort(v.begin(), v.end());int end1 = clock();//list排序int begin2 = clock();lt1.sort();int end2 = clock();printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}
int main()
{
test_op1();
return 0;
}

从结果中我们发现list排序比vector排序快了两倍多。

（2）list copy vector sort copy list sort和list

那如果我们先把list类资源拷贝构造给vector排序，排完序后又拷贝回list类，那结果会是如何呢？

#include<iostream>
#include<list>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
void test_op2()
{srand(time(0));const int N = 10000;list<int> lt1;list<int> lt2;for (int i = 0; i < N; ++i){auto e = rand() + i;lt1.push_back(e);lt2.push_back(e);}int begin1 = clock();// 拷贝vectorvector<int> v(lt2.begin(), lt2.end());// 排序sort(v.begin(), v.end());// 拷贝回lt2lt2.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()
{test_op2();return 0;
}

我们发现上面list先拷贝构造成vector类在排序，排完序后再拷贝回list的效率还是比直接list排序慢。

2.总结

	vector	list
底层结构	动态顺序表，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	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	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

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编程日记 2025/8/6 5:00:25

Browser Use的安装和使用

文章目录一、介绍二、安装教程1、使用Conda创建虚拟环境2、激活环境3、安装browser use4、安装Playwright5、克隆git仓库6、安装项目的依赖三、使用教程1、启动WebUI2、案例13、案例2 一、介绍背景 Browser Use：用AI控制你的浏览器，你可以使用它帮你…...

编程日记 2025/8/6 22:33:44

碰一碰发视频saas系统技术源头一站式开发文档

碰一碰发视频系统技术源头一站式开发文档一、引言在数字化信息传播高速发展的当下，如何让视频分享更便捷、高效，成为商家和开发者们关注的焦点。“碰一碰发视频”系统以其独特的交互方式和强大的功能优势，为视频分享领域带来了革命性变革。…...

编程日记 2025/8/11 10:48:32

Spring Boot 静态访问配置属性的解决方案

前言在Spring Boot开发中，静态访问配置信息是一个常见需求，尤其是在工具类、常量类或非Bean类中直接获取配置值。问题背景假设我们的应用需要从application.yml中读取配置项app.logotype，并在工具类、静态方法或非Bean类中直接访问该值。…...

编程日记 2025/8/8 12:43:22

NLP高频面试题（四）——BN和LN的区别与联系，为什么attention要用LN

在深度学习模型中，Normalization是一种极为重要的技巧，Batch Normalization（BN）和Layer Normalization（LN）是其中最为常用的两种方法。然而，二者在实际应用中有着明显的区别与联系，尤…...

编程日记 2025/8/7 21:32:39

深度学习定义与分类【详细易懂初学者友好~】

深度学习（Deep Learning）是机器学习的一个子领域，它基于人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANN）的理论和架构，通过构建多层（即“深度”）的神经网络结构来学习数据…...

编程日记 2025/8/6 15:53:57

二、小白学JAVA-认识数据类型【变量】

1、实际案例类比初中以上数学，就知道有有理数、正数、负数、0、小数、大写的数字、语文。 2、数据类型介绍 public class Main {public static void main(String[] args) {// 数据类型byte i_byte 12; // 标识数据范围小，但是节省内存>网络传输…...

编程日记 2025/8/2 18:54:06

UNI-APP uts插件支持ANDROID 监听手机状态

插件地址 https://ext.dcloud.net.cn/plugin?id22646 模块 import {startPhoneListener,stopPhoneListener,checkIsAutoRecord,toCallAutoRecorderPage,navigateToCallRecordingSettings,jumpToPermissionPage,makePhoneCall,allRecorderFilesAction,registerSmsReceiver,} f…...

编程日记 2025/8/9 10:16:26

AI入门7：python三种API方式调用本地Ollama+DeepSeek

回顾书接上篇：各种方式搭建了本地知识库： AI入门：AI模型管家婆ollama的安装和使用-CSDN博客 AI入门2：本地AI部署，用ollama部署deepseek（私有化部署）-CSDN博客 AI入门3：给本地d…...

编程日记 2025/8/8 15:49:26

	vector	list
底层结构	动态顺序表，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	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	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

list的介绍

list的模拟实现

定义节点

有关遍历的重载运算符

list的操作实现

（1）构造函数

(2)拷贝构造函数

（3）赋值运算符重载函数=

（4）析构函数和clear成员函数

（5）尾插/头插和尾删/头删

（6)size成员函数

（7）在任意位置插入 (insert)

（8）任意位置删除（erase）

（9）迭代器

完整代码展示

vector和list的比较

1.排序

(1)list和vector排序

（2）list copy vector sort copy list sort和list

2.总结

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