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C++中std::list的使用详解和综合实战代码示例

news 2025/7/26 11:28:52

std::list 是 C++ STL（标准模板库）中提供的一个 双向链表容器，适用于需要频繁在中间或头尾插入/删除元素的场景。

一、std::list 概述

#include <list>

定义：
```
std::list<int> myList;
```
底层结构：双向链表
特点：
- 插入/删除效率高（O(1)）
- 不能随机访问（没有 [] 操作符，不能用索引）
- 每个节点存储数据 + 前后指针

二、常见用法示例

1. 创建与初始化

std::list<int> list1;                           // 空列表
std::list<int> list2 = {1, 2, 3, 4};            // 列表初始化
std::list<int> list3(5, 10);                    // 5 个值为 10 的元素

2. 插入与删除

std::list<int> myList = {1, 2, 3};// 头尾插入
myList.push_front(0);  // -> 0 1 2 3
myList.push_back(4);   // -> 0 1 2 3 4// 头尾删除
myList.pop_front();    // -> 1 2 3 4
myList.pop_back();     // -> 1 2 3// 插入到指定位置（使用 iterator）
auto it = myList.begin();
std::advance(it, 1);          // 移动到第2个元素
myList.insert(it, 10);        // -> 1 10 2 3// 删除指定位置
it = myList.begin();
std::advance(it, 2);
myList.erase(it);             // -> 1 10 3

3. 遍历 list

for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it)std::cout << *it << " ";for (const auto& val : myList)std::cout << val << " ";

4. 其他常用操作

myList.clear();              // 清空
myList.empty();              // 是否为空
myList.size();               // 元素个数
myList.front();              // 第一个元素
myList.back();               // 最后一个元素

三、特殊操作

1. 去重（相邻元素）

std::list<int> lst = {1, 1, 2, 2, 3, 3};
lst.unique();  // -> 1 2 3

2. 排序

lst.sort();     // 升序排序
lst.sort(std::greater<int>());  // 降序排序

3. 反转

lst.reverse();

四、自定义类型示例

struct Person {std::string name;int age;
};std::list<Person> people = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 35}
};people.sort([](const Person& a, const Person& b) {return a.age < b.age;
});

五、使用场景总结

需求	是否适合 std::list
快速在中间插入/删除	✅ 非常适合
随机访问元素	❌ 不适合（用 `vector` 更合适）
大量头部插入	✅
需要排序和去重	✅
多线程场景	⚠️ 需要加锁（非线程安全）

六、高级应用示例

下面是 std::list 的高级用法示范，涵盖：

自定义排序与 splice
使用 remove_if 删除特定条件元素
merge 合并已排序链表
使用 unique 去重
自定义类型支持 std::list

示例1：高级用法综合示范

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
#include <string>struct Person {std::string name;int age;// 支持排序的比较函数bool operator<(const Person& other) const {return age < other.age;}// 支持去重的等价比较函数bool operator==(const Person& other) const {return name == other.name && age == other.age;}
};void PrintList(const std::list<Person>& lst, const std::string& title) {std::cout << title << ":\n";for (const auto& p : lst) {std::cout << "  " << p.name << ", age " << p.age << "\n";}std::cout << std::endl;
}int main() {std::list<Person> group1 = { {"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 28} };std::list<Person> group2 = { {"Diana", 26}, {"Eve", 24}, {"Bob", 25} };PrintList(group1, "Group 1");PrintList(group2, "Group 2");//  sort + merge（合并两个已排序 list）group1.sort();  // 按 age 升序排序group2.sort();group1.merge(group2);  // group2 被清空PrintList(group1, "Merged Group");//  unique 去重（需要 operator==）group1.unique();PrintList(group1, "After unique (去重)");//  remove_if：删除年龄小于 28 的成员group1.remove_if([](const Person& p) {return p.age < 28;});PrintList(group1, "After remove_if (age < 28)");//  splice：将一个 list 插入另一个位置std::list<Person> newcomers = { {"Frank", 31}, {"Grace", 29} };auto it = std::next(group1.begin());group1.splice(it, newcomers);  // 插入 newcomers 到 group1 中间PrintList(group1, "After splice newcomers");return 0;
}

输出：

Group 1:Alice, age 30Bob, age 25Charlie, age 28Group 2:Diana, age 26Eve, age 24Bob, age 25Merged Group:Eve, age 24Bob, age 25Bob, age 25Diana, age 26Charlie, age 28Alice, age 30After unique (去重):Eve, age 24Bob, age 25Diana, age 26Charlie, age 28Alice, age 30After remove_if (age < 28):Charlie, age 28Alice, age 30After splice newcomers:Charlie, age 28Frank, age 31Grace, age 29Alice, age 30

小结：std::list 高级用法速查

功能	函数	说明
排序	`list.sort()`	内部比较或自定义排序
合并	`list.merge()`	需先排序，合并后自动排序
去重	`list.unique()`	删除相邻重复元素（需支持 `==`）
条件删除	`remove_if()`	按 lambda 或谓词删除
插入链表	`splice()`	整段迁移插入，不拷贝、零成本
自定义类型支持	重载 `<` 与 `==`	支持排序、去重、自定义谓词

示例2：实现简易任务调度系统

示例支持功能：

添加任务（支持优先级）
动态执行并删除任务
删除过期任务
支持按优先级排序执行

Task 定义:

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
#include <chrono>
#include <functional>
#include <algorithm>using Clock = std::chrono::steady_clock;struct Task {std::string name;int priority;  // 数字越大，优先级越高Clock::time_point expireTime;std::function<void()> action;bool operator<(const Task& other) const {return priority > other.priority;  // 用于 sort：高优先级在前}
};

TaskScheduler 类:

class TaskScheduler {
private:std::list<Task> tasks;public:void AddTask(const Task& task) {tasks.push_back(task);}void RemoveExpiredTasks() {auto now = Clock::now();tasks.remove_if([&](const Task& task) {return now > task.expireTime;});}void RunTopTask() {if (tasks.empty()) return;// 优先级排序（高优先级排前面）tasks.sort();auto task = tasks.front();tasks.pop_front();std::cout << "[Running] " << task.name << std::endl;task.action();}void RunAllTasks() {tasks.sort();for (const auto& task : tasks) {std::cout << "[Running] " << task.name << std::endl;task.action();}tasks.clear();}void PrintTasks() const {std::cout << "Scheduled Tasks:\n";for (const auto& task : tasks) {std::cout << "  " << task.name << " (priority: " << task.priority << ")\n";}}
};

使用示例

int main() {TaskScheduler scheduler;scheduler.AddTask({"TaskA", 1, Clock::now() + std::chrono::seconds(10),[] { std::cout << " -> Running TaskA\n"; }});scheduler.AddTask({"TaskB", 5, Clock::now() + std::chrono::seconds(5),[] { std::cout << " -> Running TaskB\n"; }});scheduler.AddTask({"TaskC", 3, Clock::now() + std::chrono::seconds(1),[] { std::cout << " -> Running TaskC\n"; }});std::cout << "All tasks:\n";scheduler.PrintTasks();std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));  // 模拟延时scheduler.RemoveExpiredTasks();std::cout << "\nTasks after removing expired:\n";scheduler.PrintTasks();std::cout << "\nExecuting tasks...\n";scheduler.RunAllTasks();
}

输出示例

All tasks:
Scheduled Tasks:TaskA (priority: 1)TaskB (priority: 5)TaskC (priority: 3)Tasks after removing expired:
Scheduled Tasks:TaskA (priority: 1)TaskB (priority: 5)Executing tasks...
[Running] TaskB-> Running TaskB
[Running] TaskA-> Running TaskA

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