C++学习随笔（12）—— list

本章我们来了解一下list

目录

[1. list的介绍及使用](#1. list的介绍及使用)

[1.1 list的介绍](#1.1 list的介绍)

[1.2 list的使用](#1.2 list的使用)

[1.2.1 list的构造](#1.2.1 list的构造)

[1.2.2 list iterator的使用](#1.2.2 list iterator的使用)

[1.2.3 list capacity](#1.2.3 list capacity)

[1.2.4 list element access](#1.2.4 list element access)

[1.2.5 list modifiers](#1.2.5 list modifiers)

[1.2.6 list的迭代器失效](#1.2.6 list的迭代器失效)

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1. list 的介绍及使用

1.1 list 的介绍

list的文档介绍http://www.cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list

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)

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 [fi rst , last ) 区间中的元素构造 list |

代码示例:

// 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;
}

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 。

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 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

代码示例：

// 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;
}

1.2.3 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 |

1.2.4 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 |

1.2.5 list modi fi ers

|-------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------|
| 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 |

代码示例：

（1）list插入和删除

// 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);
}

（2）insert /erase

// 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);
}

（3）resize/swap/clear

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

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

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

list中还有一些操作，需要用到时大家可参阅list的文档说明。

1.2.6 list 的迭代器失效

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<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);
     }
}

本章完！