【C++】STL标准库之list

list类的简介

list是一种序列式容器，可以在任意位置插入和删除元素，并且其时间复杂度为O(1)，在底层，list是双向链表结构，每个节点通过指针指向下一个节点，因此最大的缺陷是不支持随机访问，必须从已知位置开始迭代到该位置，同时节点除了存储val值之外，还要存储指针，因此需要一些额外的空间。

由于双向带头循环链表的存在，使得list在找尾时无需从头开始遍历，这样就有效降低了查找时候的时间复杂度。（头节点不存储数据，只是记录了当前list的第一个节点的地址和最后一个节点的地址）

常用的list类的接口

构造

函数名称	功能
list(size_type n, const value_type& val = value_type())	n个值为value的元素
list()	空列表
list(const list& x)	拷贝构造
list(InputIterator first, InputIterator last)	用first和last进行区间构造

对应写法：

list<int> l(10, 5);
list<int> l2();
list<int> l3(l2);

int arr[] = {1,2,3,4,5};
int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
list<int> l4(arr, arr+n);

迭代器

函数名称	功能
begin()+end()	返回第一个元素的迭代器和最后一个元素的迭代器
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

从迭代器的在list中的位置可以看到，begin()实际上在第一个有效节点的位置，而end()在头节点的位置，那么为何要这样设置呢？

实际上，这样设置迭代器后，就可以很快速的找到当前链表的头和尾了，当需要找尾时，使用end()指向节点中的prev就可以快速找到，如果需要判断当前列表是否为空呢，实际上直接判断end()指向的值和begin()指向的值是否相等，如果相等，意味着head节点就是当前列表中唯一的节点，那么就说明当前列表为空。

判读是否为空就可以直接判断end和begin是否相等，因为当只有一个头节点的时候，prev和next指向的都是头节点。

容量

函数名称	功能
empty	判断是否为空列表
size	计算当前列表中有多少个有效节点

访问

函数名称	功能
front	返回第一个节点中值的引用
back	返回最后一个节点中值的引用

如果需要进行遍历，由于list特性，是不支持直接使用[]进行随机访问的，需要我们通过头节点逐个迭代。

修改

函数名称	功能
push_front	头插一个元素
pop_front	头删一个元素
push_back	尾插一个元素
pop_back	尾删一个元素
insert	pos位置插入元素
erase	pos位置删除元素
swap	交换两个list中的元素
clear	清空list中的元素

请注意：针对迭代器失效的问题，在vector中我们说，任何可能会导致扩容的操作都可能会导致迭代器失效，同时删除也会导致删除当前位置以及后续所有的迭代器失效。但是在list中，由于使用链式存储方式，因此不存在扩容的情况，因此扩容不会导致迭代器失效，而删除操作会导致当前位置的迭代器失效，并不会影响后续的迭代器。

list和vector的区别

由于vector和list两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同。

	vector	list
底层结构	动态的顺序表，一段连续空间	带头节点的双向循环链表
随机访问	支持随机访问，访问效率O(1)	不支持，访问效率O(n)
插入和删除	在任意位置插入和删除的效率低，需要整个搬移元素，时间复杂度为O(n)，插入时可能要增容，效率低	支持在任意位置的插入和删除时间复杂度都为O(1)，并且无需扩容，拷贝元素，效率高
空间利用率	底层为连续空间，不易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高	底层动态开辟节点，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低
迭代器	例如需要进行++，迭代器为原生态的指针，指针++也就是向后偏移一个元素	需要对指针进行封装，因为迭代器本身是不能通过++访问到下一个元素的（元素之间使用指针相连）
迭代器失效	插入元素时，可能会导致扩容，这样就会使得所有的迭代器都失效，因此需要对迭代器重新赋值，删除元素时也需要重新赋值，否则也会失效	插入元素不会扩容，只有删除元素会导致当前位置迭代器失效，其他位置迭代器没有影响
使用场景	需要高效存储支持随机访问的场景，不关心插入删除的效率	涉及到大量的插入和删除，不关心随机访问