【C++初阶】第十一站：list的介绍及使用

list的介绍及使用

1.list的含义

        列表是序列容器，允许在序列内的任何位置进行常量时间的插入和删除操作，以及两个方向的迭代。

容器的分类：

2.list的介绍

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）

3.list的使用

list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口

1.list的构造

构造函数（ (constructor)）	接口说明
list (size_type n, const value_type& val = value_type())	构造的 list 中包含 n 个值为 val 的元素
list()	构造空的 list
list (const list& x)	拷贝构造函数
list (InputIterator first, InputIterator last)	用 [first, last) 区间中的元素构造 list

void TestList1()
{list<int> l1;                         // 构造空的l1list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3list<int> l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4// 以数组为迭代器区间构造l5int array[] = { 16,2,77,29 };list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));// 列表格式初始化C++11list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };// 用迭代器方式打印l5中的元素list<int>::iterator it = l5.begin();while (it != l5.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// C++11范围for的方式遍历for (auto& e : l5)cout << e << " ";cout << endl;
}

2.list iterator的使用

此处，大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。

函数声明	接口说明
begin + end	返回第一个元素的迭代器 + 返回最后一个元素下一个位置的迭代器
rbegin + rend	返回第一个元素的 reverse_iterator, 即 end 位置 ， 返回最后一个元素下一个位置的 reverse_iterator, 即 begin 位置

【注意】

1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

2. rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

void TestList2()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 使用正向迭代器正向list中的元素// list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法while (it != l.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();auto rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

3.list capacity

#include <iostream>
#include <list>int main() {// 创建一个std::list并添加几个元素std::list<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };// 使用size()方法打印列表中的元素数量std::cout << "The list contains " << numbers.size() << " elements." << std::endl;// 使用empty()方法检查列表是否为空，并打印结果if (numbers.empty()) {std::cout << "The list is empty." << std::endl;}else {std::cout << "The list is not empty." << std::endl;}// 移除所有元素后，再次使用empty()检查numbers.clear();if (numbers.empty()) {std::cout << "After clearing, the list is now empty." << std::endl;}return 0;
}

4.list element access

函数声明	接口说明
front	返回 list 的第一个节点中值的引用
back	返回 list 的最后一个节点中值的引用

5 list modifiers

函数声明	接口说明
push_front	在 list 首元素前插入值为 val 的元素
pop_front	删除 list 中第一个元素
push_back	在 list 尾部插入值为 val 的元素
pop_back	删除 list 中最后一个元素
insert	在 list position 位置中插入值为 val 的元素
erase	删除 list position 位置的元素
swap	交换两个 list 中的元素
clear	清空 list 中的有效元素

尾插尾删 和 头插头删

/ list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{// 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it){cout << *it << " ";// *it = 10; 编译不通过}cout << endl;
}//list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{int array[] = { 1, 2, 3 };list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 在list的尾部插入4，头部插入0L.push_back(4);L.push_front(0);PrintList(L);// 删除list尾部节点和头部节点L.pop_back();L.pop_front();PrintList(L);
}

insert 和 erase

// insert /erase 
void TestList4()
{int array1[] = { 1, 2, 3 };list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));// 获取链表中第二个节点auto pos = ++L.begin();cout << *pos << endl;// 在pos前插入值为4的元素L.insert(pos, 4);PrintList(L);// 在pos前插入5个值为5的元素L.insert(pos, 5, 5);PrintList(L);// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素vector<int> v{ 7, 8, 9 };L.insert(pos, v.begin(), v.end());PrintList(L);// 删除pos位置上的元素L.erase(pos);PrintList(L);// 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素L.erase(L.begin(), L.end());PrintList(L);
}

resize swap clear

void TestList5()
{// 用数组来构造listint array1[] = { 1, 2, 3 };list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));PrintList(l1);// 交换l1和l2中的元素list<int> l2;l1.swap(l2);PrintList(l1);PrintList(l2);// 将l2中的元素清空l2.clear();cout << l2.size() << endl;
}

6.list sort and reverse

void test_list2()
{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;lt.reverse();for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;//sort(lt.begin(), lt.end());//为什么这个不能用呢？那是因为，list是双向迭代器//而标准库里面的sort支持随机迭代器，要用list自己的sort函数 lt.sort//升序 < lesslt.sort();//降序 > greater();//greater<int> gt;//lt.sort(gt);//匿名对象的排序，降序lt.sort(greater<int>());for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;
}

7.list copy vector copy list

     代码测这种性能要把它换成 Release，debug的优化没有全开的，导致递归和循环，次数比较多，差异是比较大的，但是Release的差距不大。

void test_op()
{ // 初始化随机数生成器，使用当前时间作为种子srand(time(0));// 定义常量N，表示要生成的随机数个数const int N = 1000000;//创建两个空的list容器list<int> lt1;list<int> lt2;// 循环N次，生成随机数并将其添加到两个list中for (int i = 0; i < N; i++){auto e = rand(); // 生成一个随机数lt1.push_back(e); // 将随机数添加到lt1的末尾lt2.push_back(e); // 将相同的随机数添加到lt2的末尾}// 记录开始时间，单位为clock ticks（时钟滴答）int begin1 = clock();//返回程序所消耗的处理器时间。// 创建一个vector，使用lt2的begin和end迭代器初始化，复制lt2的内容vector<int> v(lt2.begin(), lt2.end());// 对vector v 进行排序，使用的是全局的std::sort函数，vector支持随机访问迭代器sort(v.begin(),v.end());// 将排序后的vector v的内容重新赋值给lt2，替换lt2当前的内容。lt2.assign(v.begin(),v.end());int end1 = clock(); // 记录结束时间int begin2 = clock(); // 记录另一个操作的开始时间lt1.sort(); // 直接对lt1进行排序，使用list容器自带的sort成员函数int end2 = clock(); // 记录结束时间// 输出两次排序操作所花费的时间（单位为clock ticks）printf("list copy vector sort copy list sort:%d\n",end1 - begin1);printf("list sort:%d\n",end2 - begin2);
}

8.unique and remove

void test_list4()
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(3);lt.push_back(5);lt.push_back(5);lt.push_back(3);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;lt.sort();lt.unique();//去掉重复的for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;//lt.remove(30);//删除不存在的，不会报错lt.remove(3);for (auto e : lt){cout << e << " ";}cout << endl;
}

8.splice

将元素从x转移到容器中，并将它们插入位置。

void test_list5()
{list<int> mylist1, mylist2;list<int>::iterator it;for (int i = 1; i <= 4; ++i){mylist1.push_back(i);//mylist1: 1 2 3 4}for (int i = 1; i <= 3; i++){mylist2.push_back(i*10);//mylist2:10 20 30}it = mylist1.begin();++it;   //指向mylist1里面的2元素for (auto e : mylist1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : mylist2){cout << e << " ";}cout << endl;//mylist1.splice(it,mylist2);//mylist1:1 10 20 30 2 3 4//mylist2(empty)//"it" still points to 2 (the 5th element)//mylist1.splice(it, mylist2, ++mylist2.begin());//mylist:1 20 2 3 4//mylist1: 1 20 30 2 3 4mylist1.splice(it, mylist2, ++mylist2.begin(), mylist2.end());//mylist1:1 20 30 2 3 4 for (auto e : mylist1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : mylist2){cout << e << " ";}cout << endl;
}

9 list的迭代器失效

     前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，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。

pos这个位置使用完毕就失效了： 

改正：

void TestListIterator()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){l.erase(it++); // it = l.erase(it);}
}

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🧭更新时间：2024年 5 月 14 日