C++初阶-list的介绍及使用

一、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)。

二、list的使用

2.1 list的构造

（constructor）构造函数	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

list<int> lt1;	// 构造int类型的空容器
list<int> lt2(3, 2);  // 构造含有3个2的int类型容器
list<int> lt3(lt2);  // 拷贝构造lt2
string s("hello");
list<char> lt4(s.begin(), s.end());  // 利用迭代器构造

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。

函数说明	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

int main()
{
	string s("hello");
	list<char> lt(s.begin(), s.end()); 
	//正向迭代器遍历容器
	list<char>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	//反向迭代器遍历容器
	list<char>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
	while (rit != lt.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

2.3 list capacity

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

int main()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	cout << lt.size() << endl;
	cout << lt.empty() << endl;
}

2.4 list element access

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

int main()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	cout << lt.front() << endl;
	cout << lt.back() << endl;
	return 0;
}

2.5 list modifiers

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

int main()
{
	list<int> lt;
	// 头插数据
	lt.push_front(1);
	lt.push_front(2);
	lt.push_front(3);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	// 头删数据
	lt.pop_front();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl; 
	return 0;
}

int main()
{
	list<int> lt;
	// 尾插数据
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl; 
	// 尾删数据
	lt.pop_back();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

list的insert支持三种插入方式
1.在指定位置插入数据
2.在指定位置插入n个值为val的数
3.在指定位置插入一段迭代器区间（左闭右开）

int main()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	list<int>::iterator pos = find(lt.begin(), lt.end(), 2);
	lt.insert(pos, 4); //在2的位置插入9
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl; 

	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
	lt.insert(pos, 3, 5); //在3的位置插入3个5
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int> v{ 6, 6 };
	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 1);
	lt.insert(pos, v.begin(), v.end()); //在1的位置插入2个6
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

list的erase有两种方式
1.删除指定位置数据
2.删除指定迭代器区间中的数据

int main()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	list<int>::iterator pos = find(lt.begin(), lt.end(), 2);
	lt.erase(pos); // 删除2
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
	lt.erase(pos, lt.end()); //删除3及其之后的元素
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

swap用于交换两个容器的内容

int main()
{
	list<int> lt1(3, 2);
	list<int> lt2(2, 3);
	lt1.swap(lt2); //交换两个容器的内容
	return 0;
}

clear用于清空容器，清空后容器的size为0

int main()
{
	list<int> lt(3, 2);
	lt.clear();
	return 0;
}

三、list的迭代器失效问题

  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<int> 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<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
	
	auto it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
	l.erase(it++); // it = l.erase(it);
	}
}