【C++】-List经典面试笔试题总结-删除-插入-情况-合并-排序等经典操作
在C++中，list 容器是标准模板库（STL）中的一种双向链表容器。以下是一些关于 list 的经典笔试面试题及解答：
1. list 容器的主要特点是什么？
解答：
list 容器的主要特点包括：
- 它是一个双向链表结构，每个元素都有两个指针，分别指向前一个和后一个元素。
- 插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，因为这些操作只需要改变指针。
- 不支持随机访问，访问元素需要从头开始遍历，时间复杂度为 O(n)。
- 元素在
list中保持插入顺序。
2. list 容器有哪些常用的成员函数？
解答：
list 容器的常用成员函数包括：
push_front()：在列表前端插入元素。push_back()：在列表后端插入元素。pop_front()：删除列表前端元素。pop_back()：删除列表后端元素。insert()：在指定位置插入元素。erase()：删除指定位置的元素。remove()：删除所有匹配特定条件的元素。reverse()：反转列表中元素的顺序。sort()：对列表中的元素进行排序。clear()：清除列表中的所有元素。empty()：检查列表是否为空。size()：获取列表中元素的数量。
3. 如何反转一个 list 容器中的元素顺序？
解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，可以使用 reverse() 成员函数：
#include
#include 或者，也可以使用 std::rotate() 函数或 std::reverse_iterator 来反转。
4. list 容器能否进行随机访问？为什么？
解答：
list 容器不能进行随机访问。在 list 中，元素不是连续存储的，因此没有固定的索引。要访问 list 中的元素，必须从头节点开始遍历，这样的访问方式时间复杂度为 O(n)，这与数组或向量等容器不同，它们可以随机访问元素，时间复杂度为 O(1)。
5. 在 list 容器中删除元素时，有哪些情况需要注意？
解答：
在 list 容器中删除元素时，需要注意以下几点：
- 如果删除的是列表的第一个元素，需要处理特殊情况，比如使用
pop_front()函数。 - 如果删除的是最后一个元素，需要使用
pop_back()函数。 - 如果删除的是列表中间的元素，那么需要更新前一个元素和后一个元素的指针，以保持链表的连续性。
- 当删除一个元素后，若该元素是列表中唯一的元素，那么需要特别注意列表的 empty() 和 size() 函数的返回值。
6. 如何清空一个 list 容器？
解答：
清空 list 容器有多种方式：
- 使用
clear()成员函数：myList.clear(); - 也可以遍历列表并逐个删除元素：
for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) { myList.erase(it); }
7. list 容器中插入元素时，如果指定的位置已经存在元素，应该如何处理？
解答：
在 list 容器中插入元素时，如果指定的位置已经存在元素，新插入的元素会覆盖原来位置上的元素。例如：
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
myList.insert(myList.begin() + 2, 100); // 在位置2插入元素100
// myList 变为 1, 2, 100, 3, 4, 5
return 0;
}
8. list 容器有哪些缺点？
解答：
list 容器的主要缺点包括：
- 不支持快速随机访问，访问元素需要从头开始遍历。
- 插入和删除操作虽然快，但是不能在中间位置插入或删除，只能在一端操作。
- 不能直接通过下标访问或修改元素，需要使用迭代器。
- 相对于其他STL容器如
vector和map，list的使用场景较为有限。
9. 如何在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素，以保持排序？
解答：
要在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素以保持排序，可以使用 insert() 函数和 std::list::sort() 函数。首先，使用 insert() 函数在适当的位置插入新元素，然后调用 sort() 函数重新排序列表：
#include
#include 10. list 容器与 vector 容器的主要区别是什么？
解答：
list 容器与 vector 容器的主要区别包括：
list是双向链表，而vector是连续存储的数组。list不支持随机访问，而vector支持随机访问。list的插入和删除操作在一般情况下更高效（O(1)），但在某些情况下（如在中间位置插入或删除）效率较低。vector的内存分配方式使得其在动态扩展时相对高效，而list的元素需要单独的节点内存。
11. 在 list 容器中，如何快速找到指定元素的下一个元素？
解答：
在 list 容器中，要快速找到指定元素的下一个元素，可以使用迭代器。首先，通过迭代器找到要查找的元素，然后使用 std::next 函数或箭头操作符 -> 获取下一个元素的迭代器。例如：
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int>::iterator it = myList.begin();
it++; // 指向第二个元素
it++; // 指向第三个元素
// 现在 it 指向第三个元素
return 0;
}
12. list 容器中删除元素时，如何避免删除错误的元素？
解答：
在 list 容器中删除元素时，要避免删除错误的元素，可以先找到要删除的元素，然后使用 erase() 函数删除。例如：
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int>::iterator it = myList.begin();
it++; // 指向第二个元素
myList.erase(it); // 删除第二个元素
// 现在 myList 为 1, 3, 4, 5
return 0;
}
13. 如何在一个 list 容器中删除所有值为特定值的元素？
解答：
要在一个 list 容器中删除所有值为特定值的元素，可以使用 remove_if() 函数。例如：
#include
#include 14. 如何反转 list 容器中的元素顺序，不使用库函数？
解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，不使用库函数，可以使用迭代器手动交换每对相邻元素的位置。
#include
void reverseList(std::list<int>& myList) {
std::list<int>::iterator it1 = myList.begin();
std::list<int>::iterator it2 = myList.end();
while (it1 != it2) {
std::iter_swap(it1, --it2);
++it1;
}
}
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
reverseList(myList);
// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1
return 0;
}
15. 在 list 容器中，如何删除所有重复的元素？
解答：
在 list 容器中删除所有重复的元素，可以使用 std::unique() 函数和 std::sort() 函数。首先使用 std::sort() 函数排序列表，然后使用 std::unique() 函数删除重复的元素。
#include
#include 16. 如何合并两个 list 容器？
解答：
合并两个 list 容器，可以使用 std::merge() 函数。首先将两个列表排序，然后使用 std::merge() 函数将它们合并。
#include
#include 17. 如何清空一个 list 容器，同时保持其迭代器有效性？
解答：
要清空一个 list 容器，同时保持其迭代器有效性，可以使用 clear() 函数。这会删除所有元素，但不会改变容器的大小，因此迭代器仍然有效。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
myList.clear();
// myList 现在是空的，但迭代器仍然有效
return 0;
}
18. 如何反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性？
解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性，可以使用 reverse() 函数。这会交换每对相邻元素的位置，但不会改变迭代器的有效性。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
myList.reverse();
// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1，迭代器仍然有效
return 0;
}
19. 在 list 容器中，如何插入元素到特定位置？
解答：
在 list 容器中，你可以使用 insert() 函数来插入元素到特定位置。这个函数接受两个参数：第一个参数是一个迭代器，表示你想要插入元素的位置；第二个参数是要插入的元素。如果插入位置已经存在元素，新元素将会覆盖那个位置上的元素。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
myList.insert(myList.begin(), 0); // 在列表开始处插入元素0
myList.insert(++myList.begin(), 200); // 在第二个元素之前插入元素200
myList.insert(myList.end(), 6); // 在列表末尾插入元素6
// 现在 myList 的顺序是 1, 2, 200, 3, 4, 5, 6
return 0;
}
20. 在 list 容器中，如何删除元素 using 迭代器？
解答：
在 list 容器中，你可以使用 erase() 函数来删除元素。这个函数接受一个迭代器，表示你想要删除的元素的位置。删除操作之后，迭代器将指向下一个有效的元素。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int>::iterator it = myList.begin();
it++; // 指向第二个元素
myList.erase(it); // 删除第二个元素
// 现在 myList 的顺序是 1, 3, 4, 5
return 0;
}
21. 如何在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素，同时保持排序？
解答：
要在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素同时保持排序，可以使用 emplace() 函数。这个函数直接在指定的位置创建并插入元素，避免了复制或移动元素，因此在插入大量元素时更为高效。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 3, 5, 7, 9};
myList.emplace(myList.begin() + 2, 4); // 在第三个元素的位置插入元素4
// 现在 myList 的顺序是 1, 3, 4, 5, 7, 9
return 0;
}
22. 如何遍历 list 容器 using 迭代器？
解答：
遍历 list 容器 using 迭代器非常直接。你可以使用标准迭代器来逐个访问容器中的元素。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
for (std::list<int>::iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
// 输出： 1 2 3 4 5
return 0;
}
23. 如何反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性？
解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性，可以使用 reverse() 函数。这个函数会修改容器中的元素顺序，但不会影响迭代器的有效性。
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
myList.reverse();
// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1，迭代器仍然有效
return 0;
}
24. list 容器如何进行插入操作？
解答：
在 list 容器中插入元素有多种方式：
- 在容器开始处插入：
insert(const T& elem)，insert(const T& elem, const T& hint) - 在指定位置插入：
insert(const_iterator position, const T& elem) - 插入多个元素：
insert(const_iterator position, const T* first, const T* last) - 插入范围：
insert(const_iterator position, InputIt first, InputIt last)
例如，要在列表的开始处插入一个元素，可以使用insert(begin(), elem)。要在特定位置插入元素，可以使用insert(position, elem)，其中position是一个指向列表中当前位置的迭代器。
25. list 容器如何进行删除操作？
解答：
在 list 容器中删除元素也有多种方式：
- 删除指定元素：
erase(const_iterator position) - 删除指定元素（通过值）：
erase(const T& elem) - 删除范围：
erase(const_iterator first, const_iterator last)
例如，要删除一个特定位置的元素，可以使用erase(position)，其中position是一个指向要删除元素的迭代器。要删除所有值为特定值的元素，可以使用remove(elem)或remove_if(pred)，其中pred是一个符合std::remove_if_t或std::predicate类型的函数对象或函数指针。
26. list 容器如何进行排序操作？
解答：
list 容器不保证元素的自然顺序，但你可以使用 sort() 函数对其进行排序。要排序 list，可以使用 sort(comp)，其中 comp 是一个符合 std::less 或 std::greater 类型的比较函数。
#include
int main() {
std::list<int> myList{3, 1, 4, 1, 5, 9};
myList.sort(); // 使用默认比较器
// 现在 myList 的顺序是 1, 1, 3, 4, 5, 9
return 0;
}
27. list 容器如何进行合并操作？
解答：
要合并两个 list 容器，可以使用 merge() 函数。这个函数将一个列表中的元素合并到另一个已排序的列表中。
#include
int main() {
std::list<int> list1{1, 3, 5};
std::list<int> list2{2, 4, 6};
list1.sort();
list2.sort();
list1.merge(list2);
// 现在 list1 的顺序是 1, 2, 3, 4, 5, 6
return 0;
}
28. list 容器如何进行旋转操作？
解答：
在 list 容器中，旋转操作可以将列表中的元素围绕一个指定的元素进行旋转。这可以通过交换元素来实现，但需要注意的是，旋转操作不一定会保持列表的排序。
#include
void rotateList(std::list<int>& myList, int pos) {
if (pos <= 0) return;
auto it = myList.begin();
std::advance(it, pos);
myList.splice(myList.begin(), myList, it);
}
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
rotateList(myList, 2); // 将列表旋转2个位置
// 现在 myList 的顺序是 4, 5, 1, 2, 3
return 0;
}
29. list 容器如何进行拆分操作？
解答：
在 list 容器中，拆分操作通常指的是将一个列表分割成两个或多个列表。这可以通过使用 split() 函数来实现，该函数接受一个迭代器作为分隔点，并将列表拆分为两部分。
#include
void splitList(std::list<int>& myList, const std::list<int>::const_iterator& pos) {
auto second_half = std::make_unique<std::list<int>>(myList.begin(), pos);
myList.erase(myList.begin(), pos);
myList.splice(myList.end(), *second_half);
}
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = myList.begin();
std::advance(it, 2); // 选择第三个元素作为分隔点
splitList(myList, it);
// 现在 myList 包含前两个元素：1, 2
// second_half 包含后三个元素：3, 4, 5
return 0;
}
30. list 容器与 vector 容器的主要区别是什么？
解答：
list 容器和 vector 容器都是顺序容器，但它们在实现和性能上有一些关键区别：
- 内存分配：
vector使用连续的内存块，这使得访问元素非常快，只需常数时间O(1)。而list使用双向链表结构，每个元素都需要额外的空间来存储到下一个和前一个元素的链接，这影响了元素的访问速度，访问通常需要线性时间O(n)。 - 插入和删除：在
vector中插入或删除元素可能会导致内存重新分配，这需要移动大量元素，因此时间复杂度为O(n)。在list中，插入和删除元素只需要改变链接，这可以在常数时间内完成。 - 大小和容量：
vector的大小和容量是动态变化的，它会根据需要自动增长。而list的大小是固定的，但它可以无限增长，因为链表的元素可以在内存中的任意位置。 - 迭代器：
vector的迭代器是随机访问迭代器，可以快速访问容器中的任意元素。list的迭代器是双向迭代器，可以向前和向后遍历，但不能随机访问。
31. 在使用 list 容器时，如何避免无限循环的问题？
解答：
在使用 list 容器时，避免无限循环的关键是确保不要创建循环引用。在 list 中，每个元素都包含两个指针，分别指向前一个元素和后一个元素。如果删除操作没有正确更新这些指针，就可能导致元素之间的链接没有被正确断开，从而形成循环。
为了避免无限循环，应该总是在删除元素之前删除指向它的所有引用，并且在删除元素时总是从链表的头部开始。此外，使用 erase() 函数时，确保不要删除最后一个元素后立即访问下一个元素，因为这时下一个元素的指针可能仍然指向已被删除的元素。
例如，下面的代码可能会导致无限循环，因为它尝试访问已被删除元素的下一个元素：
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = myList.begin();
while (it != myList.end()) {
it = myList.erase(it); // 删除当前元素并返回下一个元素
}
// 在这里尝试访问 it 可能会导致无限循环，因为 myList 已经为空
return 0;
}
正确的做法是在循环中直接使用 erase() 函数的返回值来更新迭代器：
#include
int main() {
std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};
while (!myList.empty()) {
myList.erase(myList.begin()); // 删除并返回第一个元素
}
// myList 现在为空，没有无限循环的风险
return 0;
}