链表和C++ std::list详解

1. 链表和std::list

链表是一种在物理上非连续、非顺序的数据结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现，其由若干节点所组成。std::list是C++中支持常数时间从容器任何位置插入和移除元素的容器，但其不支持快速的随机访问，其通常实现为双向链表。

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间，因此链表list中的迭代器只支持前移和后移，属于双向迭代器。在std::list中添加、移动和移除元素不会使迭代器或引用失效，迭代器只有在对应元素被删除时才会失效。

2. list的用法

2.1 list的定义和声明

std::list在头文件中定义，其声明如下：

emplate<
    class T,
    class Allocator = std::allocator<T>
> class list;

namespace pmr {
    template< class T >
    using list = std::list<T, std::pmr::polymorphic_allocator<T>>; //C++17 起
}

其中，参数T为容器要存储的元素类型，对于T需要满足：

• 可复制赋值和可复制构造（C++11前）。
• 要求元素类型是完整类型并满足可擦除，即元素类型的对象能以给定的分配器（Allocator）销毁（C++11 起，C++17 前）。
• 要求元素类型是完整类型并满足可擦除，但许多成员函数附带了更严格的要求。（C++17 起）。

Allocator为用于获取/释放内存及构造/析构内存中元素的分配器。

2.2 成员函数

2.2.1 基本函数

构造函数

功能描述

• 创建list容器。

函数原型

//1.默认构造函数。构造拥有默认构造的分配器的空容器。
list();

//2.构造拥有给定分配器 alloc 的空容器。
explicit list( const Allocator& alloc );

//3.构造拥有 count 个有值 value 的元素的容器。
explicit list( size_type count,
               const T& value = T(),
               const Allocator& alloc = Allocator()); //C++11 前
list( size_type count,
               const T& value,
               const Allocator& alloc = Allocator()); //C++11 起

//4.构造拥有 count 个 默认插入的 T 实例的容器。不进行复制。
explicit list( size_type count ); //C++11 起, C++14 前
explicit list( size_type count, const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++14 起

//5.构造拥有范围 [first, last) 内容的容器。
template< class InputIt >
list( InputIt first, InputIt last,
      const Allocator& alloc = Allocator() );

//6.复制构造函数。构造拥有 other 内容的容器。
list( const list& other );

//7.构造拥有 other 内容的容器，以 alloc 为分配器。
list( const list& other, const Allocator& alloc ); //C++11 起

//8.移动构造函数。用移动语义构造拥有 other 内容的容器。分配器通过属于 other 的分配器移动构造获得。
list( list&& other ); //C++11 起

//9.有分配器扩展的移动构造函数。以 alloc 为新容器的分配器，从 other 移动内容。
list( list&& other, const Allocator& alloc ); //C++11 起

//10.构造拥有 initializer_list init 内容的容器。
list( std::initializer_list<T> init,
      const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++11 起

示例

// C++11 初始化器列表语法：
std::list<std::string> words1 {"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"};
//words1 = {"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"}

// words2 == words1
std::list<std::string> words2(words1.begin(), words1.end());
//words2 = {"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"}

// words3 == words1
std::list<std::string> words3(words1);
//words3 = {"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"}

// words4 是 {"Mo", "Mo", "Mo", "Mo", "Mo"}
std::list<std::string> words4(5, "Mo");
//words4 = {Mo, Mo, Mo, Mo, Mo}

operator=

功能描述

• 用于赋值给容器。

函数原型

//复制赋值运算符。以 other 的副本替换内容。
list& operator=( const list& other );

//移动赋值运算符。用移动语义以 other 的内容替换内容（即从 other 移动 other 中的数据到此容器中）。之后other在合法但未指定的状态。
list& operator=( list&& other ); //C++11 起, C++17 前
list& operator=( list&& other ) noexcept(); //C++17 起

//以 initializer_list ilist 所标识者替换内容。
list& operator=( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::list<int> nums1 {3, 1, 4, 6, 5, 9};
std::list<int> nums2;
std::list<int> nums3;

// 从 nums1 复制赋值数据到 nums2
nums2 = nums1;
//此时nums2 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}

// 从 nums1 移动赋值数据到 nums3,
// 修改 nums1 和 nums3
nums3 = std::move(nums1);
//此时 nums1 = {}, nums3 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}


// initializer_list 的复制赋值复制数据给 nums3
nums3 = {1, 2, 3};
//此时nums3 = {1, 2, 3}

assign

功能描述

• 将值赋给容器，替换容器的内容。

函数原型

//以 count 份 value 的副本替换内容。
void assign( size_type count, const T& value );

//以范围 [first, last) 中元素的副本替换内容。其中有任何一个迭代器是指向 *this 中的迭代器时行为未定义。
template< class InputIt >
void assign( InputIt first, InputIt last );

//以来自 initializer_list ilist 的元素替换内容。
void assign( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::list<char> c;

c.assign(5, 'a');//此时c = {'a', 'a', 'a', 'a', 'a'}

const std::string str(6, 'b');
c.assign(str.begin(), str.end());//此时c = {'b', 'b', 'b', 'b', 'b', 'b'}

c.assign({'C', '+', '+', '1', '1'});//此时c = {'C', '+', '+', '1', '1'}

get_allocator

功能描述

• 返回相关的分配器。

函数原型

//返回值：与容器关联的分配器。
allocator_type get_allocator() const; //C++11 前
allocator_type get_allocator() const noexcept; //C++11 起

2.2.2 元素访问

front

功能描述

• 访问容器的第一个元素，其返回值为容器首元素的引用。

函数原型

reference front();
const_reference front() const;

注：在空容器上对 front 的调用是未定义的。

back

功能描述

• 访问容器最后一个元素，其返回值为容器最后一个元素的引用。

函数原型

reference back();
const_reference back() const;

注：在空容器上对 back 的调用是未定义的。

2.2.3 迭代器

begin、end和cbegin、cend

功能描述

• begin和cbegin返回指向list首元素的迭代器，
• end和cend返回指向list末元素后一元素的迭代器。

函数原型

iterator begin(); //C++11 前
iterator begin() noexcept; //C++11 起
const_iterator begin() const; //C++11 前
const_iterator begin() const noexcept; //C++11 起
const_iterator cbegin() const noexcept; //C++11 起

iterator end(); //C++11 前
iterator end() noexcept; //C++11 起
const_iterator end() const; //C++11 前
const_iterator end() const noexcept; //C++11 起
const_iterator cend() const noexcept; //C++11 起

如果list为空，则返回的迭代器将等于end或cend。end和cend指向list末元素后一元素的迭代器，该元素的表现为占位符，试图访问它将导致未定义行为。

rbegin、rend和crbegin、crend

功能描述

• rbegin和crbegin返回指向list首元素的逆向迭代器。它对应非逆向list的末元素，若list为空，则返回的迭代器等于rend或crend。
• rend和crend返回指向逆向list末元素后一元素的逆向迭代器，它对应非逆向list首元素的前一元素，此元素表现为占位符，试图访问它导致未定义行为。

函数原型

reverse_iterator rbegin(); //C++11 前
reverse_iterator rbegin() noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator rbegin() const; //C++11 前
const_reverse_iterator rbegin() const noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator crbegin() const noexcept; //C++11 起

reverse_iterator rend(); //C++11 前
reverse_iterator rend() noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator rend() const; //C++11 前
const_reverse_iterator rend() const noexcept; //C++11 起
const_reverse_iterator crend() const noexcept; //C++11 起

2.2.4 容量

empty

功能描述

• 检查容器是否为空，若为空则返回true，否则为false。

函数原型

bool empty() const; //C++11 前
bool empty() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
[[nodiscard]] bool empty() const noexcept; //C++20 起

其底层实现就是检查容器是否无元素，即判断是否begin() == end()。

size

功能描述

• 返回容器中元素数量，即std::distance(begin(), end()) 。

函数原型

size_type size() const; //C++11 前
size_type size() const noexcept; //C++11 起

max_size

功能描述

• max_size函数返回根据系统或库实现限制的容器可保有的元素最大数量，即对于最大容器的 std::distance(begin(), end())。

函数原型

size_type max_size() const; //C++11 前
size_type max_size() const noexcept; //C++11 起

注：此值通常反映容器大小上的理论极限，至多为 std::numeric_limits::max() 。运行时，可用 RAM 总量可能会限制容器大小到小于 max_size() 的值。

2.2.5 修改器

clear

功能描述

• 擦除所有元素，使用clear()后，再次调用size()，size函数返回0。

函数原型

void clear(); //C++11 前
void clear() noexcept; //C++11 起

insert

功能描述

• 插入元素到容器的指定位置。

函数原型

//在 pos 前插入 value。
//返回值：指向被插入 value 的迭代器。
iterator insert( const_iterator pos, const T& value );
iterator insert( const_iterator pos, T&& value ); //C++11 起

//在 pos 前插入 value 的 count 个副本。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 count == 0 时返回 pos。
iterator insert( const_iterator pos, size_type count, const T& value );

//在 pos 前插入来自范围 [first, last) 的元素。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 first == last 时返回 pos。
template< class InputIt >
iterator insert( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last );

//在 pos 前插入来自 initializer_list ilist 的元素。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 ilist 为空时返回 pos。
iterator insert( const_iterator pos, std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::list<int> c1(3, 100); //初始化c1，此时c1 = {100, 100, 100}

auto it = c1.begin();
it = c1.insert(it, 200); //在it前插入元素200
//c1 = {200，100, 100, 100}

c1.insert(it, 2, 300); //在it前插入两个元素值都为300
//c1 = {300，300，200，100, 100, 100}

// 将 it 重新指向开头
it = c1.begin();

std::list<int> c2(2, 400); //c2 = {400, 400}
c1.insert(std::next(it, 2), c2.begin(), c2.end()); //在it后两个元素（即200）的前面插入c2
//c1 = {300，300，400，400，200，100, 100, 100}

int arr[] = {501, 502, 503};
c1.insert(c1.begin(), arr, arr + std::size(arr));
//c1 = {501，502，503，300，300，400，400，200，100, 100, 100}

c1.insert(c1.end(), {601, 602, 603});
//c1 = {501，502，503，300，300，400，400，200，100, 100, 100，601，602，603}

emplace

功能描述

• 原位构造元素并将其在pos前插入到容器中。

函数原型

/*----------------------------------
  pos：将构造新元素到其前的迭代器
  args：转发给元素构造函数的参数
  返回值iterator：指向被安置的元素的迭代器
------------------------------------*/
template< class... Args >
iterator emplace( const_iterator pos, Args&&... args ); //C++11 起

注：通过 std::allocator_traits::construct构造元素，用布置 new 在容器提供的位置原位构造元素。

将参数 args... 作为 std::forward(args)... 转发给构造函数。 args... 可以直接或间接地指代容器中的值。

earse

功能描述

• 擦除元素，

函数原型

//移除位于pos的元素
//返回值：最后移除元素之后的迭代器。如果pos指代末元素，则返回end()迭代器
iterator erase( iterator pos ); //C++11 前
iterator erase( const_iterator pos ); //C++11 起

//移除范围[first, last)中的元素。
/*返回值：最后移除元素之后的迭代器。
         如果在移除前last == end()，那么最终返回end()迭代器
         如果范围[first, last) 为空，那么返回 last。*/
iterator erase( iterator first, iterator last ); //C++11 前
iterator erase( const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起

注：指向被擦除元素的迭代器和引用会失效。其他引用和迭代器不受影响。

示例

std::list<int> c{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

c.erase(c.begin());
// c = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

std::list<int>::iterator range_begin = c.begin();
std::list<int>::iterator range_end = c.begin();
std::advance(range_begin, 2);
std::advance(range_end, 5);

c.erase(range_begin, range_end);
// c = {1, 2, 6, 7, 8, 9}

// 移除所有偶数
for (std::list<int>::iterator it = c.begin(); it != c.end();)
{
  if (*it % 2 == 0)
    it = c.erase(it);
  else
    ++it;
}
// c = {1, 7, 9}

push_back

功能描述

将元素添加到容器末尾。

函数原型

//后附给定元素 value 到容器尾。初始化新元素为 value 的副本。
void push_back( const T& value );

//后附给定元素 value 到容器尾。移动 value 进新元素。
void push_back( T&& value ); //C++11 起

emplace_back

功能描述

emplace_back函数与emplace类似，只不过是在容器末尾就地构造元素。

函数原型

template< class... Args >
void emplace_back( Args&&... args ); //C++11 起，C++17 前

template< class... Args >
reference emplace_back( Args&&... args ); //C++17 起

由于emplace_back是原地构造元素，因此其插入效率要高于push_back。

pop_back

功能描述

移除末元素。

函数原型

void pop_back(); 

如果在空容器上调用pop_back会导致未定义行为。

注：指向被擦除元素的迭代器和引用会失效。

push_front

功能描述

插入元素到容器起始。

函数原型

void push_front( const T& value );
void push_front( T&& value ); //C++11 起

emplace_front

功能描述

在容器头部原位构造元素，与push_front功能相同，主要区别是其它典型地用布置 new 在容器所提供的位置原位构造元素。将参数 args... 作为 std::forward(args)... 转发给构造函数。

函数原型

template< class... Args >
void emplace_front( Args&&... args ); //C++11 起, C++17 前

template< class... Args >
reference emplace_front( Args&&... args ); //C++17 起

pop_front

功能描述

移除容器首元素。若容器中无元素，则行为未定义。指向被擦除元素的迭代器和引用会失效。

函数原型

void pop_front();

resize

功能描述

改变容器中可存储元素的个数，通过该函数可以重新设置容器大小。

函数原型

/*
该函数重设容器的大小为count，在count==size()时不做任何操作。
如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
如果当前大小小于 count，那么后附额外的默认插入的元素。
*/
void resize( size_type count );

/*
该函数重设容器的大小为count，在count==size()时不做任何操作。
如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
如果当前大小小于 count，那么后附额外的 value 的副本
*/
void resize( size_type count, const value_type& value );

示例

std::list<int> c = {1, 2, 3};

c.resize(5); //将其size增加大小到5
//c = {1, 2, 3, 0, 0}

c.resize(2); //将其size减少大小到2
//c = {1, 2}

c.resize(6, 4); //将其size增加大小到6，填充值为4";
//c = {1, 2, 4, 4, 4，4}

swap

功能描述

交换两个list容器的内容，不在单独的元素上调用任何移动、复制或交换操作。所有迭代器和引用保持有效。在操作后，未指明保有此容器中 end()值的迭代器指代此容器还是另一容器。

函数原型

void swap( list& other ); //C++17 前
void swap( list& other ) noexcept(); //C++17 起

示例

std::list<int> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5};

auto it1 = std::next(a1.begin()); //*it1 = 2 
auto it2 = std::next(a2.begin()); //*it2 = 5 

int& ref1 = a1.front(); //ref1 = 1
int& ref2 = a2.front(); //ref1 = 4

std::cout <<*it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
//打印结果为2 5 1 4

a1.swap(a2);

//此时a1 = {4, 5}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout <<*it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
//打印结果仍为2 5 1 4

/*注：
    交换后迭代器与引用保持与原来的元素关联，
    例如尽管 'a1' 中值为 2 的元素被移动到 'a2' 中，
    原来指向它的 it1 仍指向同一元素。*/

2.2.6 操作

merge

功能描述

合并二个已排序列表。

函数原型

//用 operator< 比较元素
void merge( list& other );
void merge( list&& other ); //C++11 起

//用给定的比较函数 comp 比较元素。
template < class Compare >
void merge( list& other, Compare comp );
template < class Compare >
void merge( list&& other, Compare comp ); //C++11 起

如果 other 与*this指代同一对象，那么什么也不做。否则将两个已经排序列表归并为一个。链表应以升序排序。不复制元素，并且在操作后容器other会变空。不会无效化任何引用或者迭代器，但被移动元素的迭代器现在指代到*this中，而不是到other中。

注：对于两个链表中的等价元素，来自 *this 的元素始终在来自 other 的元素之前，并且 *this 和 other 的等价元素顺序不更改。如果 get_allocator() != other.get_allocator()，那么行为未定义。

示例

std::list<int> list1 = {5, 9, 1, 3, 3};
std::list<int> list2 = {8, 7, 2, 3, 4, 4};

list1.sort(); // 1 3 3 5 9
list2.sort(); // 2 3 4 4 7 8

list1.merge(list2); //1 2 3 3 3 4 4 5 7 8 9

splice

功能描述

从一个 list 转移元素给另一个。

函数原型

/*《参数说明》
pos	        -	将插入内容到它之前的元素
other	      -	要从它转移内容的另一容器
it	        -	要从 other 转移到 *this 的元素
first, last	-	要从 other 转移到 *this 的元素范围
*/


/*从 other 转移所有元素到 *this 中。元素被插入到 pos 指向的元素之前。
操作后容器 other 变为空。other 与 *this 指代同一对象时行为未定义。*/
void splice( const_iterator pos, list& other );
void splice( const_iterator pos, list&& other ); //C++11 起

/*从 other 转移 it 指向的元素到 *this。元素被插入到 pos 指向的元素之前。*/
void splice( const_iterator pos, list& other, const_iterator it );
void splice( const_iterator pos, list&& other, const_iterator it ); //C++11 起

/*从 other 转移范围 [first, last) 中的元素到 *this。
元素被插入到 pos 指向的元素之前。pos 是范围 [first,last) 中的迭代器时行为未定义。*/
void splice( const_iterator pos, list& other,
             const_iterator first, const_iterator last);
void splice( const_iterator pos, list&& other,
             const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起

不复制或移动元素，仅重指向链表结点的内部指针。get_allocator() != other.get_allocator() 时行为未定义。没有迭代器或引用会失效，指向被移动元素的迭代器保持有效，但现在指代到 *this 中，而非到 other 中。

示例

std::list<int> list1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int> list2 = {10, 20, 30, 40, 50};

auto it = list1.begin();

list1.splice(it, list2);
//list1 = {10, 20, 30, 40, 50, 1, 2, 3, 4, 5};
//list2 = {};

list2.splice(list2.begin(), list1, it, list1.end());
//list1 = {10, 20, 30, 40, 50};
//list2 = {1, 2, 3, 4, 5};

remove、remove_if

功能描述

移除满足特定标准的元素。

函数原型

//移除所有等于 value 的元素
void remove( const T& value ); //C++20 前
size_type remove( const T& value ); //C++20 起

//移除所有谓词 p 对它返回 true 的元素
template< class UnaryPredicate >
void remove_if( UnaryPredicate p ); //C++20 前
template< class UnaryPredicate >
size_type remove_if( UnaryPredicate p ); //C++20 起

示例

std::list<int> l = { 1,100,2,3,10,1,11,-1,12 };

l.remove(1); // 移除两个等于 1 的元素
l.remove_if([](int n){ return n > 10; }); // 移除全部大于 10 的元素

for (int n : l) {
  std::cout << n << ' '; 
}
std::cout << '\n';

//输出结果：2 3 10 -1

reverse

功能描述

将该链表的所有元素的顺序反转。逆转容器中的元素顺序。不非法化任何引用或迭代器。

函数原型

void reverse(); //C++11 前)
void reverse() noexcept; //C++11 起

示例

std::list<int> list = { 8,7,5,9,0,1,3,2,6,4 };
list.reverse(); //4 6 2 3 1 0 9 5 7 8

unique

功能描述

删除连续的重复元素。从容器移除所有相继的重复元素。只留下相等元素组中的第一个元素。若选择的比较器不建立等价关系则行为未定义。

函数原型

//用 operator== 比较元素。
void unique(); //C++20 前
size_type unique(); //C++20 起

//用二元谓词 p 比较元素。
template< class BinaryPredicate >
void unique( BinaryPredicate p ); //C++20 前
template< class BinaryPredicate >
size_type unique( BinaryPredicate p ); //C++20 起

示例

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

c = {1, 2, 12, 23, 3, 2, 51, 1, 2};
c.unique([mod=10](int x, int y) { return (x % mod) == (y % mod); });
//1 2 23 2 51 2

sort

功能描述

对元素进行排序。以升序排序元素。保持相等元素的顺序。

函数原型

//用 operator< 比较元素
void sort();
	
//用给定的比较函数 comp, 在第一参数小于（即先序于）第二参数时返回 true。
template< class Compare >
void sort( Compare comp );

示例

std::list<int> list = { 8,7,5,9,0,1,3,2,6,4 };

list.sort();//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
list.sort(std::greater<int>());//9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

list = {1, 2, 14, 25, 3, 22};
//按照元素个位数的大小进行排序
list.sort([mod = 10](int x, int y)
         { return (x % mod) < (y % mod); });//1 2 22 3 14 25

2.3 非成员函数

operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::list)

功能描述

按照字典顺序比较 list 中的值。

函数声明

//1. ==
//返回值：在 list 内容相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator==( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::list<T, Alloc>& rhs );

//2. !=
//返回值：在 list 内容不相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator!=( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//3. <
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//4. <=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<=( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//5. >
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//6. >=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>=( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//7. <=>
//返回值：lhs 与 rhs 中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。
template< class T, class Alloc >
operator<=>( const std::list<T, Alloc>& lhs,
                             const std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 起

• 1,2中会检查 lhs 与 rhs 的内容是否相等，即它们是否拥有相同数量的元素且 lhs 中每个元素与 rhs 的同位置元素比较相等。

• 3-6中按照字典比较lhs和rhs的内容，其内部等价于调用std::lexicographical_compare函数进行比较。

• 7中也是按字典序比较lhs和rhs的内容。其内部等价于调用std::lexicographical_compare_three_way 进行比较。返回类型同合成三路比较的结果类型。其逻辑大致如下：

  lhs < rhs ? std::weak_ordering::less :
  rhs < lhs ? std::weak_ordering::greater :
              std::weak_ordering::equivalent
  //注：通常情况下less对应的是-1，greater对应1，equivalent对应0
  

  lhs与rhs中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。

示例

std::list<int> alice{1, 2, 3};
std::list<int> bob{7, 8, 9, 10};
std::list<int> eve{1, 2, 3};

std::cout << std::boolalpha;

// 比较不相等的容器
std::cout << "alice == bob returns " << (alice == bob) << '\n';
std::cout << "alice != bob returns " << (alice != bob) << '\n';
std::cout << "alice <  bob returns " << (alice < bob) << '\n';
std::cout << "alice <= bob returns " << (alice <= bob) << '\n';
std::cout << "alice >  bob returns " << (alice > bob) << '\n';
std::cout << "alice >= bob returns " << (alice >= bob) << '\n';

std::cout << '\n';

// 比较相等的容器
std::cout << "alice == eve returns " << (alice == eve) << '\n';
std::cout << "alice != eve returns " << (alice != eve) << '\n';
std::cout << "alice <  eve returns " << (alice < eve) << '\n';
std::cout << "alice <= eve returns " << (alice <= eve) << '\n';
std::cout << "alice >  eve returns " << (alice > eve) << '\n';
std::cout << "alice >= eve returns " << (alice >= eve) << '\n';

输出结果为

alice == bob returns false
alice != bob returns true
alice <  bob returns true
alice <= bob returns true
alice >  bob returns false
alice >= bob returns false
 
alice == eve returns true
alice != eve returns false
alice <  eve returns false
alice <= eve returns true
alice >  eve returns false
alice >= eve returns true

std::swap(std::list)

功能描述

std::list特化 std::swap算法。

函数原型

template< class T, class Alloc >
void swap( std::list<T, Alloc>& lhs,
           std::list<T, Alloc>& rhs ); //C++17 前
template< class T, class Alloc >
void swap( std::list<T, Alloc>& lhs,
           std::list<T, Alloc>& rhs ) noexcept(); //C++17 起

交换 lhs 与 rhs 的内容。调用lhs.swap(rhs)。

示例

std::list<int> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5};

auto it1 = std::next(a1.begin()); //*it1 = 2
auto it2 = std::next(a2.begin()); //*it2 = 5

int &ref1 = a1.front(); // ref1 = 1
int &ref2 = a2.front(); // ref1 = 4

std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为2 5 1 4

std::swap(a1, a2);

// 此时a1 = {4, 5}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果仍为2 5 1 4

/*注：
      交换后迭代器与引用保持与原来的元素关联，
      例如尽管 'a1' 中值为 2 的元素被移动到 'a2' 中，
      原来指向它的 it1 仍指向同一元素。*/

std::erase, std::erase_if (std::list)

功能描述

函数主要用来擦除所有满足特定判别标准的元素。

函数原型

//从容器中擦除所有比较等于value的元素，
//等价于 return c.remove_if([&](auto& elem) { return elem == value; });
template< class T, class Alloc, class U >
typename std::list<T, Alloc>::size_type
    erase(std::list<T, Alloc>& c, const U& value); //C++20 起

//从容器中擦除所有满足pred的元素，pred为应该擦除元素则返回true的一元谓词。
//等价于 return c.remove_if(pred);
template< class T, class Alloc, class Pred >
typename std::list<T, Alloc>::size_type
    erase_if(std::list<T, Alloc>& c, Pred pred); //C++20 起

返回值为被擦除的元素数。

示例

std::list<int> c{1, 2, 3, 4, 6};
// 擦除c中的值等于3的元素
auto erased1 = std::erase(c, 3); // erased1 = 1
// 此时c = {1, 2, 4, 6}

// 擦除c中的偶数
auto erased2 = std::erase_if(c, [](int n)
                             { return n % 2 == 0; }); // erased2 = 3
// 此时c = {1}

3. 总结

list容器的优势和劣势：

优势

• 采用动态内存分配，不会造成内存浪费和溢出。
• 执行插入和删除操作十分方便、高效。修改指针即可，不需要移动大量元素。

劣势

• 空间（指针域）和时间（遍历）额外耗费比较大。

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