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简介
List与Vector不同，它不使用连续空间，而是每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间。故list对空间的使用精准，不浪费任何空间。list对任何位置的元素插入或删除，常数时间完成。
List与Vector的使用，视元素的多少，元素的构造复杂度，元素存取行为的特性而定。
List节点
List本身与List节点不同，List是一个双向的链表。其节点信息如下：
struct _List_node_base {
_List_node_base* _M_next; // 前向指针
_List_node_base* _M_prev; // 后向指针
};
// List节点
template <class _Tp>
struct _List_node : public _List_node_base {
_Tp _M_data;
};
List的迭代器
因List不使用连续的存储空间，故不能像vector一样，使用普通指针作为迭代器。list迭代器必须有能力指向list节点，并能力进行正确的递增，递减，取值，成员存取等操作。STL中的list是一个双向列表，故迭代器需就有前移，后移能力，故使用Bidirectional Iterator。List的重要性质：插入操作，接合操作都不会造成原有list迭代器失效。List**删除操作中，只有“指向被删除元素”的那个迭代器失效**，其他迭代器不受任何影响。
template<class _Tp, class _Ref, class _Ptr>
struct _List_iterator : public _List_iterator_base {
typedef _List_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*> iterator;
typedef _List_iterator<_Tp,const _Tp&,const _Tp*> const_iterator;
typedef _List_iterator<_Tp,_Ref,_Ptr> _Self;
typedef _Tp value_type;
typedef _Ptr pointer;
typedef _Ref reference;
typedef _List_node<_Tp> _Node; // 迭代器内部当然要有一个普通指针，指向list的节点
// 构造函数
_List_iterator(_Node* __x) : _List_iterator_base(__x) {}
_List_iterator() {}
_List_iterator(const iterator& __x) : _List_iterator_base(__x._M_node) {}
// 以下对迭代器取值（dereference），取得是节点的数据值
reference operator*() const { return ((_Node*) _M_node)->_M_data; }
#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR
// 以下是迭代器的成员存取（member access）运算子的标准做法
pointer operator->() const { return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */
// 对迭代器累加1，就是前进一个节点
_Self& operator++() {
this->_M_incr();
return *this;
}
_Self operator++(int) {
_Self __tmp = *this;
this->_M_incr();
return __tmp;
}
// 对迭代器减1，就是后退一个节点
_Self& operator--() {
this->_M_decr();
return *this;
}
_Self operator--(int) {
_Self __tmp = *this;
this->_M_decr();
return __tmp;
}
};
List数据结构
List不仅是一个双向链表，还是一个环状双向链表。故只需要一个指针，便可以完整表现整个链表。对于前闭后开区间，需要让指针node执行刻意置于尾端的一个空白节点，成为last迭代器。
// 插入一个节点，作为头节点
void push_front(const _Tp& __x) { insert(begin(), __x); }
void push_front() {insert(begin());}
// 插入一个节点，作为尾节点
void push_back(const _Tp& __x) { insert(end(), __x); }
void push_back() {insert(end());}
// 移除头节点
void pop_front() { erase(begin()); }
// 移除尾节点
void pop_back() {
iterator __tmp = end();
erase(--__tmp);
}
// 前向操作
iterator begin() { return (_Node*)(_M_node->_M_next); }
const_iterator begin() const { return (_Node*)(_M_node->_M_next); }
// 后向操作
iterator end() { return _M_node; }
const_iterator end() const { return _M_node; }
reverse_iterator rbegin()
{ return reverse_iterator(end()); }
const_reverse_iterator rbegin() const
{ return const_reverse_iterator(end()); }
reverse_iterator rend()
{ return reverse_iterator(begin()); }
const_reverse_iterator rend() const
{ return const_reverse_iterator(begin()); }
// 产生一个空链表
bool empty() const { return _M_node->_M_next == _M_node; }
size_type size() const {
size_type __result = 0;
distance(begin(), end(), __result);
return __result;
}
size_type max_size() const { return size_type(-1); }
// 取头节点的内容（元素值）
reference front() { return *begin(); }
const_reference () const { return *begin(); }
// 取尾节点的内容（元素值）
reference back() { return *(--end()); }
const_reference back() const { return *(--end()); }
List构造与内存管理
List使用alloc作为空间配置器，并使用list_node_allocator来方便节点大小的配置单位。其中的list_node_allocator(n)表示配置n个节点空间。其中的get_node()，put_node()，create_node()，destory_node()分别表示配置，释放，构造，销毁一个节点。
template <class _Tp, class _Alloc>
class _List_base
{
public:
typedef _Alloc allocator_type;
// 配置一个节点并传回
allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); }
_List_base(const allocator_type&) {
_M_node = _M_get_node();
_M_node->_M_next = _M_node;
_M_node->_M_prev = _M_node;
}
~_List_base() {
clear();
_M_put_node(_M_node);
}
void clear();
protected:
// 专属之空间配置器，每次配置一个节点大小
typedef simple_alloc<_List_node<_Tp>, _Alloc> _Alloc_type;
// 配置一个节点并传回
_List_node<_Tp>* _M_get_node() { return _Alloc_type::allocate(1); }
// 释放一个节点
void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); }
// 产生（配置并构造）一个节点，带有元素值
_Node* _M_create_node(const _Tp& __x)
{
_Node* __p = _M_get_node();
__STL_TRY {
_Construct(&__p->_M_data, __x); // 全局函数，构造/析构基本工具
}
__STL_UNWIND(_M_put_node(__p));
return __p;
}
protected:
_List_node<_Tp>* _M_node;
};
List元素操作
List的操作主要包括push_front()，push_back()，erase()，pop_front()，pop_back()，clear()，remove()，unique()，splice()，merge()，reverse()，sort()等。具体见下面源码分析。
// 清除所有节点（整个链表）
template <class _Tp, class _Alloc>
void
_List_base<_Tp,_Alloc>::clear()
{
_List_node<_Tp>* __cur = (_List_node<_Tp>*) _M_node->_M_next;
while (__cur != _M_node) { // 遍历每一个节点
_List_node<_Tp>* __tmp = __cur;
__cur = (_List_node<_Tp>*) __cur->_M_next;
_Destroy(&__tmp->_M_data); // 销毁（析构并释放）一个节点
_M_put_node(__tmp);
}
// 回复node原始状态
_M_node->_M_next = _M_node;
_M_node->_M_prev = _M_node;
}
// 在迭代器position所指位置插入一个节点，内容为x
iterator insert(iterator __position, const _Tp& __x) {
_Node* __tmp = _M_create_node(__x); // 产生一个节点（设妥内容为x）
// 调整双向指针，将tmp插入进入
__tmp->_M_next = __position._M_node;
__tmp->_M_prev = __position._M_node->_M_prev;
__position._M_node->_M_prev->_M_next = __tmp;
__position._M_node->_M_prev = __tmp;
return __tmp;
}
void insert(iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x)
{ _M_fill_insert(__pos, __n, __x); }
void _M_fill_insert(iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x);
// 插入一个节点，作为头节点
void push_front(const _Tp& __x) { insert(begin(), __x); }
void push_front() {insert(begin());}
// 插入一个节点，作为尾节点
void push_back(const _Tp& __x) { insert(end(), __x); }
void push_back() {insert(end());}
// 移除迭代器position所指节点
iterator erase(iterator __position) {
_List_node_base* __next_node = __position._M_node->_M_next;
_List_node_base* __prev_node = __position._M_node->_M_prev;
_Node* __n = (_Node*) __position._M_node;
__prev_node->_M_next = __next_node;
__next_node->_M_prev = __prev_node;
_Destroy(&__n->_M_data);
_M_put_node(__n);
return iterator((_Node*) __next_node);
}
iterator erase(iterator __first, iterator __last);
// 清除所有节点（整个链表）
void clear() { _Base::clear(); }
// 将[first,lat）内的所有元素移动到position之前
void transfer(iterator __position, iterator __first, iterator __last) {
if (__position != __last) {
// Remove [first, last) from its old position.
__last._M_node->_M_prev->_M_next = __position._M_node;
__first._M_node->_M_prev->_M_next = __last._M_node;
__position._M_node->_M_prev->_M_next = __first._M_node;
// Splice [first, last) into its new position.
_List_node_base* __tmp = __position._M_node->_M_prev;
__position._M_node->_M_prev = __last._M_node->_M_prev;
__last._M_node->_M_prev = __first._M_node->_M_prev;
__first._M_node->_M_prev = __tmp;
}
}
public:
// 将x接合于position所指位置之前，x必须有不同于*this
void splice(iterator __position, list& __x) {
if (!__x.empty())
this->transfer(__position, __x.begin(), __x.end());
}
// 将i所指元素接合于position所指位置之前。position和i可指向同一个list
void splice(iterator __position, list&, iterator __i) {
iterator __j = __i;
++__j;
if (__position == __i || __position == __j) return;
this->transfer(__position, __i, __j);
}
// 将[first,last)内的所有元素接合于position所指位置之前
// position和[first,last)可指向同一个list
// 但position不能位于[first,last)之内
void splice(iterator __position, list&, iterator __first, iterator __last) {
if (__first != __last)
this->transfer(__position, __first, __last);
}
// 将数值value之所有元素移除
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::remove(const _Tp& __value)
{
iterator __first = begin();
iterator __last = end();
while (__first != __last) { // 遍历每一个节点
iterator __next = __first;
++__next;
if (*__first == __value) erase(__first); // 找到就移除
__first = __next;
}
}
// 移除数值相同的连续元素。注意，只有“连续而相同的元素”，才会被移除剩一个
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::unique()
{
iterator __first = begin();
iterator __last = end();
if (__first == __last) return; // 空链表，什么都不必做
iterator __next = __first;
while (++__next != __last) { // 遍历每一个节点
if (*__first == *__next) // 如果在此区段中有相同的元素
erase(__next); // 移除之
else
__first = __next; // 调整指针
__next = __first; // 修正区段范围
}
}
// merge()将x合并到*this身上。两个lists的内容都必须先经过递增排序
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::merge(list<_Tp, _Alloc>& __x)
{
iterator __first1 = begin();
iterator __last1 = end();
iterator __first2 = __x.begin();
iterator __last2 = __x.end();
// 注意：前提是，两个lists都已经递增排序
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
if (*__first2 < *__first1) {
iterator __next = __first2;
transfer(__first1, __first2, ++__next);
__first2 = __next;
}
else
++__first1;
if (__first2 != __last2) transfer(__last1, __first2, __last2);
}
// 将list进行逆置
inline void __List_base_reverse(_List_node_base* __p)
{
_List_node_base* __tmp = __p;
do {
__STD::swap(__tmp->_M_next, __tmp->_M_prev);
__tmp = __tmp->_M_prev; // Old next node is now prev.
} while (__tmp != __p);
}
// reverse()将*this的内容逆向重置
template <class _Tp, class _Alloc>
inline void list<_Tp, _Alloc>::reverse()
{
__List_base_reverse(this->_M_node);
}
// list不能使用STL算法sort()，必须使用自己的sort()函数
// 因为STL算法sort()只接受RandomAccesssIterator
// 本函数采用quick sort实现
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::sort()
{
// Do nothing if the list has length 0 or 1.
// 以下判断，如果是空链表，或仅有一个元素，就不进行任何操作
// 使用size()==0||size()==1来判断，虽然也可以，但是比较慢
if (_M_node->_M_next != _M_node && _M_node->_M_next->_M_next != _M_node) {
// 一些新的lists，作为中介数据存放区
list<_Tp, _Alloc> __carry;
list<_Tp, _Alloc> __counter[64];
int __fill = 0;
while (!empty()) {
__carry.splice(__carry.begin(), *this, begin());
int __i = 0;
while(__i < __fill && !__counter[__i].empty()) {
__counter[__i].merge(__carry);
__carry.swap(__counter[__i++]);
}
__carry.swap(__counter[__i]);
if (__i == __fill) ++__fill;
}
for (int __i = 1; __i < __fill; ++__i)
__counter[__i].merge(__counter[__i-1]);
swap(__counter[__fill-1]);
}
}
参考文献
STL源码剖析——侯捷
STL源码
标签：
原文地址：http://blog.csdn.net/yzhang6_10/article/details/51330697
