C++第十一弹 -- STL之List的剖析与使用

文章索引

前言
[1. list的介绍](#1. list的介绍)
[2 list的使用](#2 list的使用)
- [2.1 list的构造函数](#2.1 list的构造函数)
- [2.2 iterator的使用](#2.2 iterator的使用)
- [2.3 list capacity](#2.3 list capacity)
- [2.4 list element access](#2.4 list element access)
- [2.5 list modifiers](#2.5 list modifiers)
[3. list的迭代器失效](#3. list的迭代器失效)
[4. list与vector的对比](#4. list与vector的对比)
总结

前言

本篇我们旨在探讨对于STL中list的使用, 下一篇我们将会对list进行底层剖析以及模拟实现, list是C++标准模板库中的一种容器, 它是一个双向循环链表, 能够在任意位置进行插入和删除操作.

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正文开始

1. list的介绍

list为STL中的一个类模板, 第一个模板参数是存储的数据类型, 第二个参数为一个内存池, 用作内存管理, 后续的篇章我也会带大家认识, 目前仅需了解即可.

list的文档介绍

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.
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结点中, 在结点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素.
list与forword_list非常相似: 最重要的不同在于forward_list是单链表, 只朝前迭代, 已让其简单高效.

4.与其他序列式容器相比(array, vector, deque),list通常在任意位置进行插入,移除元素的执行效率高, 移除元素的执行效率更好. (deque相当于是vector和list的一个结合体的容器, list不支持随机访问[], 而deque在list的基础上有增加了随机访问接口.)

5.与其他序列式容器相比, list和forward_list通常在任意位置的随机访问: 比如: 要访问list的第六个元素, 必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置, 在这段位置上迭代器需要线性的时间开销, list还需要一些额外的空间, 以保存每个结点的相关联信息(对于存储类型较小的元素的大list来说这可能是一个重要的要素).

2 list的使用

list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, 以达到拓展的能力, 以下为list中一些常见的重要接口.

2.1 list的构造函数

当然C++11中也提供了一个initializer_list的构造方法, 这个构造方法也比较常用

代码演示

cpp 复制代码

void TestList1()
{
	list<int> l1; //构造空的l1(默认构造函数)
	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的迭代器区间[begin(),end())左开右闭区间构造l3
	list<int> l4(l3); //拷贝构造

	//以数组为迭代器区间构造l5,左开右闭
	int array[] = { 13,43,3,53 };
	list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
	
	//列表格式初始化C++11
	list<int> l6{ 1,23,4,5,6 };

	//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;
}

2.2 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的某个结点, 深度剖析模拟实现时我们会再次进行深度讲解

注意

begin与end为正向迭代器, 对迭代器执行++操作, 迭代器向后移动
rbegin与rend为反向迭代器, 对迭代器执行++操作,迭代器向前移动

代码演示

cpp 复制代码

void TestList2()
{
	int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
	//使用正向迭代器正向list中的元素
	//list<int>::iterator it = l.begin();//C++98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;
}

2.3 list capacity

重点:

2.4 list element access

代码演示:

cpp 复制代码

	int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
	//使用正向迭代器正向list中的元素
	//list<int>::iterator it = l.begin();//C++98语法

	l.front() = 5;
	l.back() = 100;

	auto it = l.begin(); //C++11之后推荐写法
	while (it != l.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

2.5 list modifiers

assign() 将新内容分配给列表容器，替换其当前内容，并相应地修改其大小。

重点

代码演示:

cpp 复制代码

//list的插入和删除
//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尾部结点和头部结点
	L.pop_back();
	L.pop_front();
	PrintList(L);
}

cpp 复制代码

//insert/erase
void TestList4()
{
	int array1[] = { 1,2,3 };
	list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
	//获取链表中的第二个结点
	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位置插入5个值为5的元素
	L.insert(pos, 5, 5);
	PrintList(L);

	//在pos位置插入[v.begin(),v.end())区间的元素
	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)区间上的元素,即删除list中所有的元素
	L.erase(L.begin(), L.end());
	PrintList(L);

}

cpp 复制代码

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);

	l2.clear();
	cout << l2.size() << endl;
}

3. 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结点的无效, 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.

cpp 复制代码

void TestIterator1()
{
	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所指向的结点已经被删除, 因此
		//it无效,在下一次使用时,必须给其赋值

		//l.erase(it);
		//正确写法
		it = l.erase(it);
		++it;
	}

}

4. list与vector的对比

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器, 由于两个容器的底层结构不同, 导致其特性以及应用场景不同, 其主要不同如下:

总结

STL list是一种适用于频繁插入和删除操作的容器，提供了高效的插入和删除性能，但随机访问的性能较差。因此，在选择使用list时需要根据具体的使用场景进行权衡.

完

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