C++:容器list的介绍及使用

 目录

1.list的介绍及使用

1.1 list的介绍

1.2 list的使用

1.2.1 list的构造

1.2.2 list iterator 的使用

1.2.3 list capacity 容量

1.2.4 list element access 访问list元素

1.2.5 list modifiers 修改

1.2.6 迭代器失效

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1.list的介绍及使用

1.1 list的介绍

C++官网 list 介绍文档

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，是一个双向带头循环链表。
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）

1.2 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：

1.2.1 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 l1;                         // 构造空的l1
    list l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
    list l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
    list l4(l3);                    // 用l3拷贝构造l4

    // 以数组为迭代器区间构造l5
    int array[] = { 16,2,77,29 };
    list l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    // 列表格式初始化C++11
    list l6{ 1,2,3,4,5 };

    // 用迭代器方式打印l5中的元素
    list::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;
}

1.2.2 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。后面会模拟实现

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

// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list& l)
{
    // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
    for (list::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 编译不通过
    }

    cout << endl;
}

void TestList2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    // 使用正向迭代器正向list中的元素
    // list::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::reverse_iterator rit = l.rbegin();
    auto rit = l.rbegin();
    while (rit != l.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

1.2.3 list capacity 容量

函数声明	接口说明
empty()	检测list是否为空，是返回true，否则返回false
size()	返回list中有效节点的个数

1.2.4 list element access 访问list元素

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

1.2.5 list modifiers 修改

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

// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    // 在list的尾部插入4，头部插入0
    L.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 /erase 
void TestList4()
{
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list 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 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);
}

void TestList5()
{
    // 用数组来构造list
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
    PrintList(l1);

    // 交换l1和l2中的元素
    list l2;
    l1.swap(l2);
    PrintList(l1);
    PrintList(l2);

    // 将l2中的元素清空
    l2.clear();
    cout << l2.size() << endl;
}

另外，list还自己提供了 sort() 函数，用来排序，但是STL种算法库中已经提供了sort函数，这里为什么还要提供呢？

因为迭代器还有三种分类：单向(例如单链表),双向(例如list)和随机迭代器(例如vector)，单向只支持++，双向支持++/--，随机还支持+/-。

void test1()
{
	list l;
	l.push_back(1);l.push_back(2);l.push_back(3);l.push_back(4);l.push_back(5);
	//list不支持[]
	list::iterator it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	//iterator性质分类
	//单向++
	//双向++/--
	//随机++/--/+/-
	// list没有办法使用算法库中的sort,所以额外支持sort  因为没有办法随机存取，所以使用归并排序
	//sort(l.begin(), l.end());//支持的是自由访问迭代器，可以++/--/+/-，这里迭代器是双向的只能++ --
	
	l.sort(); //默认升序 

	for (auto e : l)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

1.2.6 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。

void TestListIterator1()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
    auto it = l.begin();
    while (it != l.end())
    {
        // erase()函数执行后，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
        l.erase(it);
        ++it;
    }
}

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

本篇结束！list更多详细介绍参考：list的文档介绍