C++ list的使用(蓝桥杯比赛必备知识)
目录
list的介绍
list的使用
constructor
list()
list(size_type, const value_type& val = value_type())
list(InputIterator first, InputIterator last)
list(const list& x)
iterator
begin/cbegin
end/cend
rbegin/crbegin
rend/crend
list capacity
empty
size
list element access
front
back
list modifiers
push_back
pop_back
push_front
pop_front
insert
erase
swap
clear
operator=
remove
splice
sort
list的迭代器失效
list和vector的对比
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。
我们再来回顾一下双向链表的结构：
之前我写过这样的博客哦~
双向链表的实现_暴走的橙子～的博客-CSDN博客_双向链表实现
list的使用
之前讲过string和vector的使用及模拟实现，想必大家对文档的使用不再那么陌生了，list中的接口比较多，首先要学会常见接口的使用，然后再去深入研究底层的实现，甚至最后去扩展它。 下一篇博客我再来讲list的模拟实现~
constructor
list()
构造空的list。
const allocator_type& alloc = allocator_type()：这个是从内存池申请空间存储相应的结点，这样做是为了提高空间申请的效率。
举个栗子：
int main()
{
list l;
return 0;
} 我们调试一下来看：
我们发现使用无参的构造方式就构造出来了一个空链表。
list
： 我们使用时要 list+<类型>，这样就指定了list里面存储的类型。
list(size_type, const value_type& val = value_type())
构造list的对象中包含n值为val。
举个栗子：
int main()
{
list l(5, 10);
return 0;
} 我们调试一下来看：
我们就可以看到l对象中存储了5个10。
list(InputIterator first, InputIterator last)
使用迭代器区间进行初始化 --> [first, last)。ps：last代表最后一个数据的下一个位置的迭代器。
举个栗子：
int main()
{
list l1(5, 10);
list l2(l1.begin(), l1.end());
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
list
l2(l1.begin(), l1.end())： l1.begin()和l1.begin()经过之前的博客介绍大家应该不陌生了吧~ 在这里使用l1的迭代器区间来初始化对象l2(l2的内容以l1为模板)。我们可以通过就输出发现l2的内容就是l1里面的内容。
list(const list& x)
拷贝构造函数。使用已经初始化好的对象x来构造未初始化的对象
举个栗子：
int main()
{
list l1(5, 10);
list l2(l1);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
我们发现l2以l1为模板拷贝构造出来的对象里面的数据内容和l1是一样的(浅拷贝)。
iterator
begin/cbegin
返回第一个元素的迭代器。
cbegin返回的迭代器是const修饰的，不能被修改
end/cend
返回最后一个元素的下一个位置的迭代器(实际上是哨兵位头结点位置的迭代器)。
cend返回的迭代器是被const修饰的，不能被修改。
rbegin/crbegin
返回第一个元素的 最后一个元素的下一个位置的迭代器(哨兵位结点位置的迭代器)。
crbegin返回的迭代器不能被修改。
rend/crend
返回第一个元素位置的迭代器
在这里像crend这些系列的迭代器实际上是为了规范迭代器的使用。crend返回的一定是const修饰的迭代器；调用rend的接口时，如果用的是const类型的对象，那么就返回的也是const类型的迭代器。实际上string和vector这样的容器也是这种规则(之前我没有指明~)。
针对上面的迭代器使用举个栗子：
int main()
{
list l = { 1,2,3,4,5 };//C++11的语法
//正向迭代器
list::iterator it1 = l.begin();
while (it1 != l.end())
{
cout << *it1 << " ";
it1++;
}
cout << endl;
//反向迭代器
list::reverse_iterator it2 = l.rbegin();
while (it2 != l.rend())
{
cout << *it2 << " ";
it2++;
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
通过上面的打印我们可以看出正向迭代器是正向打印，反向迭代器反向打印链表中的内容。
总结：
begin和end是正向迭代器，对迭代器执行++操作时，迭代器向后移动。
rbegin和rend是反向迭代器，对迭代器执行++操作时，迭代器向前移动。
list capacity
empty
判断链表是否有数据。如果有数据就返回假(0)；如果没有数据就返回真(1)。
举个栗子：
int main()
{
list l1;
cout << "l1.empty()：" << l1.empty() << endl;
list l2(5, 10);
cout << "l2.empty()：" << l2.empty() << endl;
return 0;
} 运行结果：
l1使用无参构造时，里面是没有数据的，这时候我们发现l1.empty()返回的是真。
l2在构造时就有数据了，这时候l2.empty()就返回假。
size
返回list中有效数据的个数。
举个栗子：
int main()
{
list l1;
cout << "l1.size()：" << l1.size() << endl;
list l2(5, 10);
cout << "l2.size()：" << l2.size() << endl;
return 0;
} 运行结果：
list element access
front
返回链表中第一个节点中的值 。
如果链表中没有值就抛异常。
举个栗子：
int main()
{
list l = { 1,2,3,4,5 };//C++11的语法
cout << l.front() << endl;
} 运行结果：
如果l是const对象，那么就会自动匹配重载const的那个front函数。
back
返回链表中最后一个节点的值
如果链表中没有值就抛异常。
举个栗子：
int main()
{
list l = { 1,2,3,4,5 };//C++11的语法
cout << l.back() << endl;
} 运行结果：
如果l是const对象，那么就会自动匹配重载const的那个front函数。
list modifiers
push_back
在链表尾部插入val元素。
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.push_back(4);
l.push_back(5);
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
从上面的打印结果我们可以发现，依次插入的数据1 2 3 4 5 是从尾部插入的。
pop_back
删除链表中最后(尾部)的一个数据。
如果只剩头结点时，这时候就不再删除，直接抛异常。
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.pop_back();
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
刚开始的3个push_back依次往尾部插入数据1 2 3，然后pop_back删除尾部的数据3，这时候链表中只剩下1 2了。
通过打印我们就证明了，pop_back()删除了链表中的最后一个数据。
push_front
在list的首元素前插入一个val的元素。
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.push_front(10);
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
我们可以看到l.push_front(10)在首元素1前面插入了元素10。
pop_front
删除链表中的首元素。
当链表中只剩下头结点时，就不删除，直接抛异常返回。
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.pop_front();
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
insert
在迭代器position位置前 插入一个元素val。
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
auto it = find(l.begin(), l.end(), 2);
l.insert(it, 20);
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
auto it = find(l.begin(), l.end(), 2)：找到第一个2时，返回2位置对应的迭代器。
ps: find是算法库里面的，对于vector和list都是先传一个迭代器区间，再传要查找的元素。string里的find是自己类里面实现的，和这里的不太一样。
l.insert(it, 20)：在it位置(第一个元素为2位置)的迭代器前面插入数据20。
erase
iterator erase(iterator position)：删除position位置迭代器对应的元素。
iterator erase(iterator first, iterator last)：删除该迭代器区间的元素, 左闭右开[first,last )
举个栗子：
int main()
{
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
l.push_back(3);
l.push_back(4);
l.push_back(5);
auto it = find(l.begin(), l.end(), 3);
l.erase(it);
for (auto e : l)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
list l2 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
l2.erase(l2.begin(), l2.end());
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
l.erase(it)：删除l对象中的2
l2.erase(l2.begin(), l2.end())：相当于删除l2中所有的元素。注意左闭右开。
swap
交换两个list中的元素。
实际上就是交换两个list的头结点的指针！
举个栗子：
int main()
{
list l1;
l1.push_back(1);
l1.push_back(2);
l1.push_back(3);
l1.push_back(4);
l1.push_back(5);
list l2;
l2.push_back(10);
l2.push_back(20);
l2.push_back(30);
l2.push_back(40);
l2.push_back(50);
l1.swap(l2);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
我们交换l1和l2前 ,l1里面是1 2 3 4 5;l2里面是 10 20 30 40 50
l1.swap(l2)：交换l1和l2里面的元素。
注意：
在这里list里面的swap和库里面的还是不大一样的！这里的swap是要通过对象调用使用。
clear
清空list中的有效元素。
举个栗子：
int main()
{
list l1;
l1.push_back(1);
l1.push_back(2);
l1.push_back(3);
l1.push_back(4);
l1.push_back(5);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
l1.clear();
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
我们通过对比发现，l1.clear()后，l1里面的元素都被清空了。
operator=
把一个list赋值给另一个list。本质上是赋值运算符重载。
举个栗子：
int main()
{
list l1 = { 1,2,3,4,5 };
list l2;
l2 = l1;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
l2在调用无参构造函数的时候 ，里面是没有数据的。
l2 = l1：把l1里面的数据赋值给l2的链表里面。
因此我们在遍历l2时，l2里面的数据是和l1一样的。
remove
删除链表中所有的元素val。
举个栗子：
int main()
{
list l1 = { 1,2,2,4,5,5,6,2,9,2 };
l1.remove(2);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
我们知道l1开始里面的数据是：1 2 2 4 5 5 6 2 9 2
l1.remove(2)：遍历链表并删除链表中所有的元素2。
splice
把一个对象里面指定位置的迭代器转移到另一个对象上面。
举个栗子：
int main()
{
//void splice (iterator position, list& x, iterator i);
list l1 = { 1,2,3,4,5 };
list l2 = { 10,20,30,40,50 };
auto it1 = find(l1.begin(), l1.end(), 2);
auto it2 = find(l2.begin(), l2.end(), 20);
l1.splice(it1, l2, it2);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//void splice (iterator position, list& x);
list l3 = { 1,2,3,4,5 };
list l4 = { 10,20,30,40,50 };
auto it3 = find(l3.begin(), l3.end(), 2);
l3.splice(it3, l4);
for (auto e : l3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : l4)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
list
l1 = { 1,2,3,4,5 };
listl2 = { 10,20,30,40,50 };
auto it1 = find(l1.begin(), l1.end(), 2);
auto it2 = find(l2.begin(), l2.end(), 20);
l1.splice(it1, l2, it2)：把l2对象中的it2(20)位置的迭代器转移到l1对象中it1(2)位置迭代器的前面。
//void splice (iterator position, list& x);
listl3 = { 1,2,3,4,5 };
listl4 = { 10,20,30,40,50 };
auto it3 = find(l3.begin(), l3.end(), 2);
l3.splice(it3, l4)：把l4对象里面的所有数据转移到l3对象中it3(2)迭代器的前面。
sort
排序。
注意：
不推荐使用，在链表中排序，效率非常低。
甚至比不上把数据先拷贝到vector里面排序后再拷贝到list里面的这个过程效率高！
举个栗子：
int main()
{
list l1 = { 1,2,2,4,5,5,6,2,9,2 };
l1.sort();
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
} 运行结果：
list的迭代器失效
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，其他迭代不会受到影响。
归根到底，还是因为list的空间不连续，不存在挪动数据的情况！
错误例子：
int main()
{
list l1 = { 1,2,3,4,5 };
list::iterator it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
//在erase执行以后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在
// 下一次使用it时，必须先给其赋值
l1.erase(it);
it++; //it已经无效了，不能再使用迭代器++了，it不像string和vector是指针，在这里他是一个对象
}
return 0;
} 运行一下：
正确写法：
int main()
{
list l1 = { 1,2,3,4,5 };
list::iterator it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
l1.erase(it++); //it++后，it在erase前被更新，用它的返回值的迭代器(原来的it)来完成erase
}
return 0;
} 运行一下：
list和vector的对比
vector：
连续的物理空间，是优势，也是劣势。
优势：支持高效随机访问。
劣势：
1、空间不够要增容，增容代价比较大。
2、可能存在一定的空间浪费。按需申请，会导致频繁增容，所以一般会采取2倍增容的方式。
3、头部或者中部插入删除需要挪动数据，效率低下。
list：
list能很好地解决vector的劣势问题。
优势：
1、按需申请释放空间，不存在空间浪费的情况。
2、list任意位置插入支持O(1)插入删除。
劣势：不支持随机访问。
说明：本质上vector和list是互补的两个数据结构。
看到这里希望大家给博主点个关注~
下一篇更新list的模拟实现(这个还是有点小复杂的)~
