C++ STL库详解:list

发布时间:2024年01月21日

目录

一、list简介

二、list的使用

2.1list的构造

2.2list iterator迭代器的使用

2.3list element access

2.4list 常见接口

2.5迭代器失效

三、list与vector的对比


一、list简介

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

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

2.1list的构造

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的构造
void TestList1()
{
    list<int> l1;                         // 构造空的l1
    list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
    list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end())左闭右开的区间构造l3
    list<int> 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<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

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

    // 用迭代器方式打印l5中的元素
    list<int>::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;
}

2.2list iterator迭代器的使用

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

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。
// list迭代器的使用
// 注意:遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{
    // 注意这里调用的是list的 begin() const,返回list的const_iterator对象
    for (list<int>::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<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    // 使用正向迭代器正向list中的元素
    // list<int>::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<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
    auto rit = l.rbegin();
    while (rit != l.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

2.3list 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

2.4list 常见接口

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
// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> 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<int> 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<int> 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);
}

2.5迭代器失效

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<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);
     }
}

三、list与vector的对比

vector
list
动态顺序表,一段连续空间
带头结点的双向循环链表
访
支持随机访问,访问某个元素效率O(1)
不支持随机访问,访问某个元素效率O(N)
任意位置插入和删除效率低,需要搬移元素,时间复杂度为O(N),插入时有可能需要增容,增容:开辟新空间,拷贝元素,释放旧空间,导致效率更低
任意位置插入和删除效率高,不需要搬移元素,时间复杂度为O(1)
底层为连续空间,不容易造成内存碎片,空间利用率高,缓存利用率高
底层节点动态开辟,小节点容易造成内存碎片,空间利用率低,缓存利用率低
原生态指针
对原生态指针(节点指针)进行封装
在插入元素时,要给所有的迭代器重新赋值,因为插入元素有可能会导致重新扩容,致使原来迭代器失效,删除时,当前迭代器需要重新赋值否则会失效
插入元素不会导致迭代器失效, 删除元素时,只会导致当前迭代器失效,其他迭代器不受影响
使
需要高效存储,支持随机访问,不关心插入删除效率
大量插入和删除操作,不关心随机访问
?

文章来源:https://blog.csdn.net/2201_75880188/article/details/135728760
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