【C++】------ list 的了解与使用
- [1 list 的函数接口](#1 list 的函数接口)
- [2 迭代器](#2 迭代器)
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- [2.1 简单使用 list 的迭代器](#2.1 简单使用 list 的迭代器)
- [2.2 迭代器的划分](#2.2 迭代器的划分)
- [2.3 不同迭代器的使用场景](#2.3 不同迭代器的使用场景)
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- [2.3.1 sort](#2.3.1 sort)
- [2.3.2 reverse](#2.3.2 reverse)
- [2.3.3 find](#2.3.3 find)
- [3 emplace_back](#3 emplace_back)
- [4 操作函数](#4 操作函数)
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- [4.1 sort](#4.1 sort)
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- [4.1.1 list中sort介绍](#4.1.1 list中sort介绍)
- [4.1.2 list 中 sort 与算法库中 sort 效率比较](#4.1.2 list 中 sort 与算法库中 sort 效率比较)
- [4.2 merge](#4.2 merge)
- [4.3 unique](#4.3 unique)
- [4.4 remove](#4.4 remove)
- [4.5 splice](#4.5 splice)
1 list 的函数接口
STL库中的 l i s t list list，其底层是一个带头双向循环链表
STL库 的容器都有很强的相似性，我们有了前面 s t r i n g string string、 v e c t o r vector vector 的基础，再来学习 l i s t list list 就会轻松很多。
我把 l i s t list list 的函数接口放出来，相信都加看一眼就知道如何使用了。
成员函数
迭代器
容量
元素访问
修改
上述接口我们都很熟悉了，本文就不再一一进行介绍，大家自行查阅文档即可
但是关于操作的接口我们还比较陌生，等下我们会一一学习
操作
2 迭代器
2.1 简单使用 list 的迭代器
我们先来简单使用一下 l i s t list list 的迭代器
cpp
void test1()
{
list<int> l1;
l1.push_back(1);
l1.push_back(2);
l1.push_back(3);
l1.push_back(4);
l1.push_back(5);
list<int>::iterator it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
}运行结果：
可以看到， l i s t list list 的迭代器访问和 s t r i n g string string、 v e c t o r vector vector 等是一样的。
那么 l i s t list list 的迭代器可不可以使用 + 呢？
cpp
l1.insert(l1.begin() + 3, 10);不可以的！
那既然不可以直接 +3，我们想在第三个位置之前插入数据怎么办呢？
方法如下：
cpp
void test1()
{
list<int> l1;
l1.push_back(1);
l1.push_back(2);
l1.push_back(3);
l1.push_back(4);
l1.push_back(5);
auto it = l1.begin();
int k = 3;
while (k--)
{
++it;
}
l1.insert(it, 10);
for (auto e : l1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
2.2 迭代器的划分
这里，我先来给大家介绍一下迭代器的划分
从功能上进行划分
iterator
reverse_iterator
const_iterator
const_reverse_iterator
从性质上进行划分
单向迭代器： f o r w a d forwad forwadl i s t list list / u n o r d e r e d unordered unordered m a p map map / u n o r d e r e d unordered unordered_ s e t set set 等为单向迭代器。他们只支持 ++。
双向迭代器： l i s t list list / m a p map map / s e t set set 等都是双向迭代器。他们支持++/--，但不支持+/-。
随机迭代器： v e c t o r vector vector / s t r i n g string string / d e q u e deque deque 等都是随机迭代器。他们支持++/--/+/-。
- 决定迭代器的性质的是容器的底层结构。
l i s t list list 的迭代器是一个双向迭代器
2.3 不同迭代器的使用场景
决定迭代器的性质的是容器的底层结构。而底层结构也决定了容器可以使用那些算法
2.3.1 sort
用 s o r t sort sort 算法进行排序，并不是传什么迭代器都可以的，必须传随机迭代器，否则就会报错。
为什么呢？因为 s o r t sort sort 底层是快速排序 。快排里面要做类似三数取中的东西，它需要支持随机访问。
2.3.2 reverse
r e v e r s e reverse reverse 是将指定范围内的数据进行翻转。
这个算法底层用了 '-'操作符，因此要传双向迭代器。
那 v e c t o r vector vector、 s t r i n g string string 这些随机迭代器能用逆置算法吗？
肯定能。因为他们功能上是一个包含的关系，双向是一种特殊的单向，随机是一种特殊的双向
2.3.3 find
那 f i n d find find 算法又需传递什么迭代器呢？
InputIterator 是什么迭代器呢？它不是单向，双向，随机种的任意一种
这里我们再简单介绍一下：
库里面对迭代器性质的定义使用了 C++ 中继承的概念，继承就是子类是一个特殊的父类，所以它认为这里的单向、双向、随机是一个继承关系：随机是一个特殊的双向 ，双向是一个特殊的单向 。
同时，库中引申出了两个不存在的迭代器 ：只读和只写迭代器（严格来说没有容器的迭代器类型对应这两类，是抽象的概念）。InputIterator迭代器 意味着单向、双向、随机都是其子类。
出现InputIterator就说明可以给任意类型的迭代器
这里因为 f i n d find find 底层只用了 ++
3 emplace_back
现阶段，我们可以认为 push_back 与 emplace_back 是一样的，都是尾插一个数据
cpp
void test2()
{
list<int> l1;
l1.emplace_back(1);
l1.emplace_back(2);
l1.emplace_back(3);
l1.emplace_back(4);
l1.emplace_back(5);
list<int>::iterator it = l1.begin();
while (it != l1.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
}运行结果：
但是在用法上，如果插入数据的参数是多个的，emplace_back效率会高一些 。
假设我们现在要插入自定义类型 A
cpp
struct A
{
A(int a1 = 1, int a2 = 1)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{}
int _a1;
int _a2;
};对应插入自定义类型 A 有两种常见的方法
- 插入有名对象
- 插入匿名对象
cpp
void test3()
{
list<A> lt;
A aa1(1, 1);
lt.push_back(aa1);
lt.push_back(A(2, 2));
lt.emplace_back(aa1);
lt.emplace_back(A(3, 3));
}这两种方式 p u s h push pushb a c k back back 和 e m p l a c e emplace emplace b a c k back back 都支持
但是 emplace_back 还支持这样写：
cpp
void test4()
{
list<A> lt;
lt.emplace_back(3, 3);
}e m p l a c e emplace emplace_ b a c k back back 支持直接传构造 A 的参数。
这里不是隐式类型转换，现阶段我们先不管其底层，学会用法即可。
4 操作函数
4.1 sort
4.1.1 list中sort介绍
我们前面看到，算法库中的 sort 要求是随机迭代器， l i s t list list 的迭代器并不符合，因此它自己实现了一个排序算法。和算法库中的 s o r t sort sort 一样， l i s t list list 中的 s o r t sort sort 排序默认排的是升序，如果要排降序则要用到仿函数(后面会讲)。
l i s t list list 实现的 s o r t sort sort 底层用的是归并排序，而算法库中的 s o r t sort sort 底层用的是快速排序
cpp
void test5()
{
list<int> lt;
lt.push_back(3);
lt.push_back(5);
lt.push_back(4);
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.sort();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.sort(greater<int>());
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
4.1.2 list 中 sort 与算法库中 sort 效率比较
虽然 l i s t list list 中实现了 s o r t sort sort 排序算法，但是它的排序效率很低，尽量不要用它来排序。
我们将他与算法库中的 s o r t sort sort 进行性能对比
- 我们产生 1000000 个相同的数，放进 v e c t o r vector vector 和 l i s t list list 中，再分别用算法库中 s o r t sort sort，和 l i s t list list 中 s o r t sort sort 排序，看运行时间
cpp
void test10()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list<int> lt1;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
v.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// 排序
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}运行结果：
差距 2 倍多
- 这一次我们用两个链表进行排序：一个链表将数据拷贝进 v e c t o r vector vector，用库中的 s o r t sort sort 排序，后再拷贝回来；另一个直接调用 l i s t list list 中的 s o r t sort sort
cpp
void test11()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
list<int> lt1;
list<int> lt2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
lt1.push_back(e);
lt2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
// 拷贝vector
vector<int> v(lt2.begin(), lt2.end());
// 排序
sort(v.begin(), v.end());
// 拷贝回lt2
lt2.assign(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
lt1.sort();
int end2 = clock();
printf("list copy vector sort copy list sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}上述代码用了 l i s t list list 中的 a s s i g n assign assign 接口，我们简单介绍一下
a s s g i n assgin assgin 功能是用一段迭代器区间对调用函数的 l i s t list list 对象进行拷贝，任何容器的迭代器都可以。像 v e c t o r vector vector 等都有 a s s g i n assgin assgin 接口
运行结果：
可以看到，即使多了两次拷贝，依然是算法库中的 sort 效率更高。同时这也说明了拷贝的代价其实是很低的。
4.2 merge
m e r g e merge merge 接口的功能是：将两个链表合并。合并的前提是两个链表是有序的。
cpp
void test6()
{
std::list<double> first, second;
first.push_back(3.1);
first.push_back(2.2);
first.push_back(2.9);
second.push_back(3.7);
second.push_back(7.1);
second.push_back(1.4);
first.sort();
second.sort();
first.merge(second);
for (auto e : first)
{
cout << e << endl;
}
}运行结果：
需要注意：合并会让其中一个链表空掉。
其底层是创建一个新链表，依次去两个链表中小的尾插，最后再将新链表与first链表进行交换。
4.3 unique
u n i q u e unique unique 是一个去重接口，但它要求数据必须是有序的
cpp
void test7()
{
std::list<int> lt;
lt.push_back(3);
lt.push_back(3);
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(4);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(5);
lt.push_back(1);
lt.push_back(5);
lt.push_back(2);
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
lt.sort();
lt.unique();
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
4.4 remove
r e m o v e remove remove 接口是对一个值进行删除，他和 e r a s e erase erase 有点像。不同的是 e r a s e erase erase 是传一个迭代器； r e m o v e remove remove 是传一个值，我找到了我就删，没找到也不会报错
4.5 splice
s p l i c e splice splice 是粘贴的意思，但这函数接口功能更像剪切
s p l i c e splice splice 的功能本质是一种转移：将 x x x 链表中的元素转移到调用该函数的 p o s i t i o n position position 位置之前(是转移不是粘贴)
实例：将 m y l i s t 2 mylist2 mylist2 数据转移到 m y l i s t 1 mylist1 mylist1 中 2 的前面
cpp
void test8()
{
std::list<int> mylist1, mylist2;
std::list<int>::iterator it;
// set some initial values:
for (int i = 1; i <= 4; ++i)
mylist1.push_back(i); // mylist1: 1 2 3 4
for (int i = 1; i <= 3; ++i)
mylist2.push_back(i * 10); // mylist2: 10 20 30
it = mylist1.begin();
++it; // points to 2
mylist1.splice(it, mylist2); // mylist1: 1 10 20 30 2 3 4
// mylist2 (empty)
// "it" still points to 2 (the 5th element)
cout << "mylist1：";
for (auto e : mylist1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << "mylist2：";
for (auto e : mylist2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
s p l i c e splice splice 还有以下用法：调整当前链表节点的顺序
比如我想将第一个链表中的 5 放在第一个，怎么做呢
cpp
void test9()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
}第一种方法就是将 5 这个节点删除，再进行头插。但这一来一去又是删除又是 n e w new new 的，效率较低。
我们还有一种方法：运用 splice 接口。 s p l i c e splice splice 允许自己转移给自己。
cpp
void test9()
{
list<int> lt;
lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.push_back(5);
lt.push_back(6);
list<int>::iterator it = find(lt.begin(), lt.end(), 5);
if (it != lt.end())
{
lt.splice(lt.begin(), lt, it);
}
for (auto e : lt)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}运行结果：
不仅如此，我们函转移一段范围
cpp
list<int>::iterator it = find(lt.begin(), lt.end(), 4);
if (it != lt.end())
{
lt.splice(++lt.begin(), lt, it, lt.end());
}运行结果：
好啦，本期关于 l i s t list list 的知识就介绍到这里啦，希望本期博客能对你有所帮助。同时，如果有错误的地方请多多指正，让我们在 C++ 的学习路上一起进步！