STL-list

1.list

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)

2.list的使用

2.1 构造函数

void test1()
{//无参构造list<int> l1;//有参构造list<int> l2(10, 1);//10个1list<int> l3(10);//使用迭代器范围构造list<int> l4(l2.begin(), l2.end());//双向迭代器不支持加减法vector<int> v = { 1,2,3,4,5 };list<int> l5(v.begin() + 2, v.end());//拷贝构造list<int> l6(l5);//使用initializer_list初始化list<int> l7 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
}

2.2operator=()

 赋值运算符重载，进行深拷贝

//int类型
void PrintList(const list<int>& l)
{for (auto e : l){cout << e << ' ';}cout << endl;
}void test2()
{//operator=list<int> l1 = { 1,2,3 };list<int> l2;//深拷贝l2 = l1;PrintList(l1);PrintList(l2);
}

 2.3begin() 和 end()

begin()：返回第一个元素的双向迭代器，如果容器为空，则返回的迭代器值不能被解引用。
end()：返回最后一个元素的下一位双向迭代器，如果容器为空，返回的迭代器与begin()返回的迭代器相同。
双向迭代器不支持加减法，支持 ++ 、 -- 、 * 、 == 、 != 、= 等操作。

void test3()
{//begin() and end()list<int> l = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };list<int>::iterator it = l.begin();//返回双向迭代器while (it != l.end()){cout << *(it++) << ' ';}cout << endl;
}

2.4 rbegin() 和 rend()

rbegin()：返回最后一个元素的反向双向迭代器
rend()：返回第一个元素前一位的反向双向迭代器
使用++是向前迭代，--是向后迭代

void test4()
{list<int>l = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin();while (it != l.rend()){cout << *(it++) << ' ';}cout << endl;
}

2.5 cbegin()、cend()、crbegin()、 crend()

无论调用对象是否const修饰，这四个函数返回const迭代器，不能通过迭代器修改指向内容，但迭代器本身可以改变。

2.6 empty()

判断容器是否为空，空返回true，非空返回false

void test5()
{list<int>l = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };while (!l.empty()){cout << l.front() << ' ';l.pop_front();}
}

2.7 size()

用于返回有效元素个数

 

2.8 front()

返回容器第一个元素的引用，对空容器使用front是未定义行为

 

2.9 back()

返回容器最后一位元素的引用，对空容器使用back是未定义行为

2.10 assign()

将新内容替换原本的全部内容

void test8()
{//assignlist<int> l1 = { 1,2,3,4,5 };list<int> l2 = { 11,22 };vector<int> v = { 121,23,43,54,54,5,454 };//范围替换l1.assign(v.begin(), v.begin() + 3);l2.assign(l1.begin(), l1.end());PrintList(l1);PrintList(l2);//n个val替换l1.assign(10, 2);l2.assign(2, 0);PrintList(l1);PrintList(l2);
}

2.11 emplace_front

在开头构造并插入元素
在列表的开头插入一个新元素，就在它当前的第一个元素之前。这个新元素是使用args作为其构造的参数来就地构造的。
​这有效地将容器大小增加了1。
​该元素是通过调用allocator_traits::construct来就地构造的，并将参数转发。
​存在一个类似的成员函数push_front，它复制或移动一个现有对象到容器中。

class A
{
public:A(int a, int b):_a(a), _b(b){cout << "构造" << endl;}A(const A& a){cout << "拷贝构造" << endl;}void Print(){cout << _a << ' ' << _b << endl;}
private:int _a;int _b;
};
void test10()
{list<A> l1;list<A> l2;l1.emplace_front(1,2);//直接构造并成为l1的元素//l2.push_front(1, 2);//errorl2.push_front({ 2,3 });//先隐式类型转换构造，再拷贝构造成l2的元素(*l1.begin()).Print();(*l2.begin()).Print();
}

 2.12 push_front()

在容器第一个元素前插入一个元素， val的内容被拷贝(或移动)到插入的元素。
push_back()执行拷贝行为还是移动行为取决于传递给它的参数类型，传递左值触发拷贝构造函数执行拷贝行为，传递右值触发移动构造函数执行移动操作。
(在 C++ 中，左值（lvalue）和 右值（rvalue）是用来区分表达式的值在内存中的存在方式和生命周期的术语。)

移动构造函数是 C++11 引入的一种特殊构造函数，旨在高效地转移资源的所有权，而不是进行昂贵的复制。它通过移动语义来减少不必要的拷贝，提高程序性能。

移动构造函数通常在以下情况下被调用：

1. 对象临时生命周期结束后：当你通过一个临时对象（右值）初始化另一个对象时，移动构造函数会被调用。
2. 使用 std::move：当你显式调用 std::move 函数将一个对象转换为右值引用时，会触发移动构造函数。

 2.13 pop_front()

用于删除第一个元素 
 

2.14 emplace_back()

在末尾构造并插入元素

2.15 push_back()

在最后一个元素之后插入一个元素，val的内容被拷贝(或移动)到新元素。

2.16 pop_back()

删除最后一个元素

2.17 emplace()

在pos位置的元素之前构造并插入一个元素

2.18 insert()

 在指定位置的元素之前插入新元素（一个或多个）

void test13()
{list<int> l1 = {1,2,3};vector<int> v = { 444,555,666,777 };auto it = l1.begin();//iterator insert (const_iterator position, const value_type& val);l1.insert(it, 0);PrintList(l1);//iterator insert (const_iterator position, size_type n, const value_type& val);it++;l1.insert(it, 3, 6);PrintList(l1);//template <class InputIterator>//iterator insert(const_iterator position, InputIterator first, InputIterator last);l1.insert(l1.begin(), v.begin() + 2, v.end());PrintList(l1);//iterator insert (const_iterator position, value_type&& val);//右值引用l1.insert(it, 9);PrintList(l1);//iterator insert(const_iterator position, initializer_list<value_type> il);l1.insert(it, { 11,12,13,14,15 });PrintList(l1);
}

 2.19 erase()

从容器中删除一个或者范围内的元素

 2.20 swap()

交换两个容器的内容

2.21 resize()

调整容器的有效元素的个数，使其包含n个元素
n小于当前个数，元素将减少到前n个，超出部分删除并销毁
n大于当前个数，元素将尾插至n个，如果指定了val，则新元素初始化为val的副本 

class A
{
public:A(){cout << "无参构造" << endl;}A(int a, int b):_a(a), _b(b){cout << "有参构造" << endl;}A(const A& a){cout << "拷贝构造" << endl;}void Print(){cout << _a << ' ' << _b << endl;}
private:int _a;int _b;
};void test14()
{list<A> l1;l1.resize(2, {1,1});cout << "------" << endl;l1.resize(5);//3个无参构造
}

2.22 clear()

删除容器的所有内容

2.23 splice()

用于将元素从一个list转移到另一个list（转移：将元素从原来的list移除，原封不动转移到另一个list） 

2.24  remove()

 从容器中删除所有与val相同的元素

2.25 remove_if()

用于从容器中移除满足特定条件的元素
remove_if()传入一个谓语函数（返回bool值的函数）

2.26 unique()

删除相邻val值重复的元素
需要给整个容器去重：先排序，再unique

2.27  merge()

用于将两个已排序的列表合并成一个排序后的列表。需要注意的是，两个列表必须都是按顺序排列的。合并操作会通过移动节点来达成，而不需要额外分配内存。
两个列表的排序方式需要与合并成一个列表后的排序方式保持一致（即两个升序列表合并成一个升序列表，两个降序列表合并成一个降序列表）

 

2.28 sort()

sort() 函数会对列表中的元素进行升序排序。默认情况下，它使用元素的 < 运算符进行比较, 也可以提供一个自定义的比较函数。 
list的sort()底层是基于归并排序实现的，归并排序在处理链表时的性能非常优越，因为它可以高效地操作节点而不需要额外的空间消耗。归并排序通过分割链表和合并已排序的部分，能够快速地处理链表的节点。

 2.29 reverse()

 用于反转list

2.30 关系运算符重载（非成员函数）

 3.operator->()

为了可读性，强制剩下一个->  
 

4. 部分模拟实现

#pragma once
#include<assert.h>namespace myList
{template<class T>struct ListNode{ListNode<T>* _next;ListNode<T>* _prev;T _data;ListNode(const T& data = T()):_next(nullptr),_prev(nullptr),_data(data){}};template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;ListIterator(Node* node):_node(node){}// ++it;Self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}Self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}Self operator++(int){Self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}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& it){return _node != it._node;}bool operator==(const Self& it){return _node == it._node;}};//template<class T>//class ListConstIterator//{//	typedef ListNode<T> Node;//	typedef ListConstIterator<T> Self;//	Node* _node;//public://	ListConstIterator(Node* node)//		:_node(node)//	{}//	// ++it;//	Self& operator++()//	{//		_node = _node->_next;//		return *this;//	}//	Self& operator--()//	{//		_node = _node->_prev;//		return *this;//	}//	Self operator++(int)//	{//		Self tmp(*this);//		_node = _node->_next;//		return tmp;//	}//	Self& operator--(int)//	{//		Self tmp(*this);//		_node = _node->_prev;//		return tmp;//	}//	//*it//	const T& operator*()//	{//		return _node->_data;//	}//	const T* operator->()//	{//		return &_node->_data;//	}//	bool operator!=(const Self& it)//	{//		return _node != it._node;//	}//	bool operator==(const Self& it)//	{//		return _node == it._node;//	}//};template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;public:// 不符合迭代器的行为，无法遍历//typedef Node* iterator;//typedef ListIterator<T> iterator;//typedef ListConstIterator<T> const_iterator;typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){//iterator it(_head->_next);//return it;return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}void empty_init(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}list(initializer_list<T> il){empty_init();for (const auto& e : il){push_back(e);}}// lt2(lt1)list(const list<T>& lt){empty_init();for (const auto& e : lt){push_back(e);}}// lt1 = lt3list<T>& operator=(list<T> lt){swap(_head, lt._head);return *this;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void clear(){auto it = begin();while (it != end()){it = erase(it);}}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 pop_back(){erase(--end());}void push_front(const T& x){insert(begin(), x);}void pop_front(){erase(begin());}// 没有iterator失效iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;// prev  newnode  curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}// erase 后 pos失效了，pos指向节点被释放了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 iterator(next);}private:Node* _head;};
}