1.std::list
学习文档：cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list
- 底层数据结构：双向链表，每个节点包含指向前一个和后一个节点的指针。
- 迭代：支持双向迭代（前向和后向）。
- 操作效率：在任意位置的插入和删除操作效率较高，因为这些操作不涉及数据的移动。
- 随机访问：不支持随机访问，访问特定位置的元素需要线性时间。
- 额外开销：每个节点需要额外的指针存储开销，这可能在存储大量小数据类型时带来额外的空间开销。
2.list常用接口
list()无参构造函数：
// 无参构造函数
std::list<int> l1;
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
// 填充构造函数
std::list<int> l2(5, 10); // l2: [10, 10, 10, 10, 10]
list (const list& x) 拷贝构造函数
// 拷贝构造函数
std::list<int> l3(l2); // l3 是 l2 的副本
list (InputIterator first, InputIterator last) 用[first, last)区间中的元素构造list
// 范围构造函数
std::vector<int> vec{1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int> l4(vec.begin(), vec.end()); // l4: [1, 2, 3, 4, 5]
begin 和 end，begin返回指向 list 中第一个元素的迭代器,end返回指向 list 中最后一个元素的下一个位置的迭代器。iterator（非 const 迭代器）或 const_iterator（const 迭代器，取决于 list 对象是否为 const）。
begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 begin 和 end 遍历 list
std::cout << "Forward iteration:" << std::endl;
for (auto it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
//Forward iteration: 1 2 3 4 5
rbegin 和 rend,rbegin返回指向 list 中最后一个元素的反向迭代器（即逆序开始位置）。rend返回指向 list 中第一个元素之前的位置的反向迭代器（即逆序结束位置）。
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
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 rbegin 和 rend 遍历 list
std::cout << "Reverse iteration:" << std::endl;
for (auto rit = l.rbegin(); rit != l.rend(); ++rit) {
std::cout << *rit << " ";
}
std::cout << std::endl;
//Reverse iteration: 5 4 3 2 1
empty 检测list是否为空，是返回true，否则返回false
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 检查 list 是否为空
if (l.empty()) {
std::cout << "The list is empty." << std::endl;
} else {
std::cout << "The list is not empty." << std::endl;
}
size 返回list中有效节点的个数
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 输出 list 中的元素数量
std::cout << "The size of the list is: " << l.size() << std::endl;
//The size of the list is: 5
front 返回list的第一个节点中值的引用
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 获取并打印第一个元素
if (!l.empty()) {
std::cout << "The first element is: " << l.front() << std::endl;
}
//The first element is: 1
back 返回list的最后一个节点中值的引用
std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 获取并打印最后一个元素
if (!l.empty()) {
std::cout << "The last element is: " << l.back() << std::endl;
}
//The last element is: 5
push_front 在list首元素前插入值为val的元素
std::list<int> l;
// 使用 push_front 和 push_back
l.push_front(1);
l.push_front(0);
// 0 1
pop_front 删除list中第一个元素
l.pop_front(); // 删除 0
// 1
push_back 在list尾部插入值为val的元素
l.push_back(2);
l.push_back(3);
// 1 2 3
void push_back(const value_type& val);
void push_back(value_type&& val);
pop_back 删除list中最后一个元素
l.pop_back(); // 删除 3
// 1 2
insert 在list position 位置前插入值为val的元素
// 使用 insert
auto it = l.begin();
++it;
l.insert(it, -1); // 在第二个位置前插入 -1
// 1 -1 2
//在 list 中指定位置 position 前插入一个或多个元素。
iterator insert(const_iterator position, const value_type& val);
iterator insert(const_iterator position, value_type&& val);
iterator insert(const_iterator position, size_type count, const value_type& val);
template <class InputIterator>
iterator insert(const_iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
erase 删除list position位置的元素
// 使用 erase
it = l.begin();
l.erase(it); // 删除 1
//-1 2
//删除 list 中指定位置 position 的元素或指定范围 [first, last) 的元素。
iterator erase(const_iterator position);
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
swap 交换两个list中的元素
std::list<int> l2{10, 20, 30};
l.swap(l2); // 交换 l 和 l2 的内容
//10 20 30
clear 清空list中的有效元素
l.clear(); // 清空 l
//
3.list的迭代器失效
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。
-
删除操作后的迭代器：
- 使用
erase删除的元素的迭代器会失效，但其他迭代器不会受到影响。在删除操作后，确保更新或重新获得需要的迭代器。
- 使用
-
插入操作后的迭代器：
insert操作不会使现有迭代器失效，因此可以在插入操作之后继续使用原来的迭代器进行遍历。
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);
}
}
4.list与vector的对比,跟顺序表和链表类似
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| 特性 | std::vector | std::list |
| 底层结构 | 动态顺序表，底层为一段连续的内存空间 | 带头节点的双向链表 |
| 随机访问 | 支持随机访问，访问某个元素的效率为 O(1) | 不支持随机访问，访问某个元素的效率为 O(N) |
| 插入和删除 | 任意位置的插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为 O(N) 插入时可能需要增容，导致效率降低 | 任意位置的插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为 O(1) |
| 空间利用率 | 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 |
| 迭代器 | 原生态指针 | 对原生态指针（节点指针）进行封装 |
| 迭代器失效 | 插入元素时可能导致迭代器失效（因扩容而失效），删除时当前迭代器可能需要重新赋值 | 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 |
| 使用场景 | 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 |