【STL】list的使用

 放在专栏【C++知识总结】，会持续更新，期待支持

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1、list简介

•  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。
• list的底层是带头双向链表结构，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。
• 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（时间复杂度：O(1)）。
• 与其他序列式容器相比，list和forward_list（单向链表）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。 

相对于vector来说，list对于空间的运用有着绝对的精准，不会存在一点的浪费，因为list是每插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间。而vector则采用1.5或者2倍扩容机制，会存在一定程度上的空间浪费。两者各有优点。

2、list的数据结构

list本身与list节点，这两个是完全不同的结构，是需要分开来设计的，对于一个list节点来说，由于list是双向环状链表（双向带头循环链表），所以需要提供两个指针，一个指向前一个元素，一个指向另一个元素，同时还需要一个val，用来存储数据。如下所示为SGI版本的list底层（稍作修改，便于学习）：

//list节点
template
struct _list_node
{
	_list_node* _prev;//指向前一个元素
	_list_node* _next;//指向后一个元素
	T _data;             //用来存储数据
};
//list
template
class list
{
	typedef _list_node node;
public:
	//.....
private:
	node* _head;//只需要一个指针，便可以表示整个双向循环链表
};

需要注意到的是，list由于存储空间并不是连续的，因此这里的迭代器并不像string与vector那样，是一个原生指针，这里list的迭代器是用一个对象，来模拟指针的行为，从而实现对list元素的访问。具体在后面模拟实现时会详细讲解。这里我们先了解其使用即可：

3、list的使用

在使用前，需要包含头文件

3.1、构造相关

3.1.1、构造一个空容器

	list l;//构造一个存储元素为int类型的空list

3.1.2、构造含有n个val的某类型容器

	list l(10, 5);//构造一个含有10个元素，元素类型为int，值为10的list

3.1.3、拷贝构造

	list l1(5, 1);//l1:1 1 1 1 1
	//拷贝构造
	list l2(l1);  //l2:1 1 1 1 1
	//也可以写成list l2=l1;

3.1.4、迭代器区间构造

	//迭代器区间构造(左闭右开)
	string s("hello world!");
	list l(s.begin(), s.begin() + 5);
	//l:h e l l o
	

可以看到，整体使用实际上与string或vector并无太大区别，用起来很简单。

3.2、容量相关

3.2.1、size与empty

这里list只存在size，表示list中有效节点个数，而empty就不用说了，用来判断容器是否为空。

3.2.2、resize

与vector相同，resize可以实现对有效元素的扩容或“缩容”，当resize(n,val)时，如果n的值>当前size值，则list会进行扩容到size为n，扩容出来的元素值用val来充当，当n的值

        

3.3、元素访问

3.3.1迭代器

迭代器是个很奇妙的设计，所有的容器，通过迭代器都可以进行访问容器中的元素，list也不例外，用起来也很简单，就像vector中一样用即可。

 这里，begin与end分别指向list中第一个有效元素，以及最后一个有效元素的下一个位置，而我们的begin与end区间，通常都是左闭右开，对于环状的链表来说，只需要在尾端加入一个空白节点，便符合STL规范之“前闭后开”。（实际就是一个双向带头循环链表）如下所示：

 当然，list中也存在const迭代器，以及反向迭代器，分别对应cbegin与cend（const正向迭代器）、rbegin与rend（反向迭代器）、crbegin与crend（const反向迭代器），const类型的迭代器的特点就是不能对指向的元素做修改。不过需要注意的是，rbegin与end对应，rend与begin对应。

 这里我们在后续模拟实现时也会讲到。

list有关迭代器的相关接口

 3.3.2、迭代器失效问题

我们知道迭代器失效指的就是迭代器指向了一块不属于它的空间，或者指向的空间已经被销毁了。这里list由于不像vector那样，vector的插入操作可能会引起扩容，从而导致迭代器失效，而list则不会，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。

如下所示为迭代器失效场景：

 解决方法也很简单，更新it即可。如下所示：

 3.3.3、front与back

front用于获取list中的第一个元素，back用于获取list中最后一个元素。如下所示：

 3.4、插入删除操作

list相比于vector的优点之一就在于，vector只有在尾部插入删除才是效率最高(O(1))，而list在任意位置插入删除，都可以实现O(1),很高效。接下来将讲解list的插入删除相关接口

3.4.1、push_back与pop_back

这俩函数前者实现尾插，后者实现尾删操作，用起来也很简单，如下所示：

 3.4.2、push_front与pop_front

push_front实现在头部插入元素，pop_front则为在头部删除一个元素，如下：

 3.4.3、insert与erase

insert与erase实现在任意位置插入与删除。

在c++98中，提供了insert的三种插入方式，分别为：在pos位置插入一个元素val；在pos位置插入n个元素，每个元素为val；在pos位置插入一段迭代器区间构成的元素(左闭右开)。

 erase也提供了两种删除方式：删除pos位置的元素；删除区间[first,last)的元素

 3.5、其它操作

list中还提供了一些其它接口，不过有些并不常用，这里只挑选几个进行讲解，可自行翻阅文档查看。《点击跳转》

3.5.1、reverse

reverse函数用于实现链表的逆置，如下：

3.5.2、swap

很熟悉了，用于两个链表实现数据交换。

3.5.3、remove

remove(val),用来移除链表中元素为val的节点：

3.5.4、sort

sort用来实现对链表进行排序。默认为升序排序，如下：

3.5.5、unique

该函数用来删除相邻的重复元素，我们可以利用sort+unique实现对链表排序+去重。如下所示：

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end.

生活原本沉闷，但跑起来就会有风！