🌟🌟作者主页:ephemerals__****
🌟🌟所属专栏:C++、STL
目录
前言
之前我们已经学习了string、vector两个容器的使用方法及模拟实现,今天跟大家介绍list的使用方法。
到了这个阶段,我们应该认识到:在STL中,尽管容器各异,但同名接口的功能往往是相似的。因此,在我们掌握了少数几个容器的使用方法后,对于未曾接触过的其他容器,只要了解其底层数据结构,就基本能够上手使用它们。
list简介
list是STL中的一种容器,用于表示链表结构,底层实现是一个双向带头循环链表。如果你对双向带头循环链表不太了解,可以参阅这篇文章:
list在插入和删除 操作方面非常高效,但在遍历和随机访问方面可能不如数组或者vector高效。因此,在选择容器时,需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。
我们在使用list时,需要引头文件**<list>,并且该容器定义在命名空间std**当中。
list相关接口查阅:
一、list的默认成员函数
list显示实现的默认成员函数有三个:分别是构造函数、析构函数和赋值重载。
构造函数(constructor)
c++11下,list共有六个构造函数,其中较为常用的有如下五种:
|-----------------------------------------------|-----------------------|
| 函数原型 | 功能说明 |
| list(); | 无参构造(忽略空间配置器),创建一个空链表 |
| list(size_type n, const value_type& val); | 用n个val值构造一个list对象 |
| list(const list& x); | 拷贝构造,用一个对象构造另一个对象 |
| list(InputIterator first,InputIterator last); | 迭代器区间构造 |
| list(initializer_list<value_type> il); | 初始化器构造(大括号赋值) |
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1;//无参构造
list<int> l2(5, 3);//n个val值构造
list<int> l3(l2);//拷贝构造
list<int> l4(l2.begin(), l2.end());//迭代器区间构造
list<int> l5({ 1,2,3,4,5 });//初始化器构造
cout << "l1: ";
print(l1);
cout << "l2: ";
print(l2);
cout << "l3: ";
print(l3);
cout << "l4: ";
print(l4);
cout << "l5: ";
print(l5);
return 0;
}
析构函数
释放动态分配的内存空间,在对象声明周期结束时自动调用。
赋值重载
将新内容分配给已经存在的容器,替换其当前内容,并相应地修改其大小。较为常用的赋值重载有两个:
|-------------------------------------------------------|---------------|
| 函数原型 | 功能说明 |
| list& operator= (const list& x); | 两个list容器之间的赋值 |
| list& operator= (initializer_list<value_type> il); | 用初始化器给容器赋值 |
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1;
list<int> l2({ 1,2,3,4,5 });
l1 = l2;//将l2赋值给l1
print(l1);
l1 = { 5,4,3,2,1 };//初始化器赋值
print(l1);
return 0;
}
二、list的迭代器接口
迭代器接口在string和vector中的使用方法大致相同,这里就不多介绍。
由于list元素的内存地址是不连续的,因此在迭代器的实现上,它与vector和string存在较大差异。我们将在list模拟实现的部分中对此进行深入探讨。
我们在这里重点讲一下迭代器的功能分类:
迭代器的功能分类
根据功能强弱,迭代器可以分为以下三种:
- 单向迭代器:它仅支持在容器中进行从头到尾的遍历操作,重载了"++"运算符。
2.双向迭代器 :它支持从头到尾 的遍历和从尾到头的遍历,重载了"++"和"--"运算符。
- 随机迭代器:顾名思义,它不仅支持双向的遍历 ,还支持随机位置的访问,重载了"++""--""+""-"等运算符。
这三种迭代器的功能是向上兼容 的,比如随机迭代器具有双向迭代器的功能,而双向迭代器具有单向迭代器的功能。
为什么会有这样的分类呢?其实这是由底层数据结构的实现导致的。
有些数据结构元素的内存地址连续,还能够支持双向遍历,并且遍历效率高,那么就可以支持随机迭代器 (例如string、vector);有些数据结构能够支持双向遍历,但是随机访问的效率低下,那就支持双向迭代器 (例如list);有些数据结构只能做到从前向后访问元素,那么就只能支持单向迭代器(例如单链表forward_list)。
所以我们在使用string、vector 的迭代器时,可以使用"+""-"操作符进行随机访问;而对于list,就只能通过"++""--"来移动迭代器指向的位置。
三、list的容量接口
三个容量接口当中,前两个比较常用,我们重点介绍一下:
empty
empty函数 用于判断该列表容器是否为空(即元素个数是否为0)。注意:该函数不会以任何方式修改容器。
size
size函数 用于获取容器内元素的个数。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
list<int> l1;
list<int> l2({ 1,2,3,4,5 });
cout << "l1.size(): " << l1.size() << endl;
cout << l1.empty() << endl;
cout << "l2.size(): " << l2.size() << endl;
cout << l2.empty() << endl;
return 0;
}
四、list的元素访问接口
front和back
front函数 返回对列表容器中第一个元素的引用,在空容器上调用此函数会导致未定义行为。
back函数返回对列表容器中最后一个元素的引用,在空容器上调用此函数会导致未定义行为。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
list<int> l = { 1,2,3,4,5 };
cout << l.front() << endl;
cout << l.back() << endl;
return 0;
}
相比vector的元素访问接口,list缺少了operator[ ]和at。是因为它们不能实现吗?当然不是,而是由于链表的特殊结构。如果实现了这两个接口,则使用时都需要遍历元素,效率的代价是很大的。
五、list的增删查改
在涉及增删查改操作的接口中,鉴于部分接口功能有所重复,博主仅挑选几个进行介绍。
push_front
push_front 的功能是在容器的开头插入一个新元素,就在它当前的第一个元素之前。val的内容被复制(或移动)到插入的元素中。这有效地将容器大小增加了1。
pop_front
pop_front 的功能是删除列表容器中的第一个元素,有效地将其大小减小1。这将破坏被删除的元素。
push_back
push_back 的作用是在容器的末尾插入一个新元素。val的内容被复制(或移动)到新元素中。这有效地将容器大小增加了1。
pop_back
pop_back 的作用是删除容器中的最后一个元素,有效地将容器大小减少一个。这将破坏被删除的元素。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1 = { 1,2,3,4,5 };
cout << "原链表:";
print(l1);
l1.push_back(0);
cout << "尾插:";
print(l1);
l1.push_front(0);
cout << "头插:";
print(l1);
l1.pop_back();
cout << "尾删:";
print(l1);
l1.pop_front();
cout << "头删:";
print(l1);
return 0;
}
insert和erase
insert用于指定位置插入元素(需要使用迭代器指定) 。该函数支持单个元素插入、n个val值插入、迭代器区间插入以及初始化器插入。操作结束后,该函数会返回新插入部分首元素的迭代器。
erase 的作用是删除指定位置的元素或区间(需要使用迭代器指定) 。操作结束后,函数返回删除部分的后一个位置的迭代器(防止迭代器失效)。
代码举例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l = { 1,2,3,4,5 };
l.insert(++l.begin(), 0);//在第二个位置插入一个元素
print(l);
l.erase(----l.end());//删除倒数第二个元素
print(l);
return 0;
}
swap
swap 的功能是交换两个list容器的内容。 当然,也有一个非成员函数的swap支持list的交换:
resize
resize 的功能是调整容器的大小,使其包含n个元素。
如果n小于当前容器的大小,则内容将被减少到前n个元素,并删除超出的元素(销毁它们)
如果n大于当前容器的大小,则通过在末尾插入所需的元素来扩展内容,以达到n的大小。如果指定了val,则将新元素初始化为val的副本,否则调用其构造函数来初始化元素。
注意:这个函数通过插入或删除元素来改变容器的实际内容。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1;
list<int> l2;
l1.resize(10);
l2.resize(10, 5);
print(l1);
print(l2);
list<int> l3({ 1,2,3,4,5 });
print(l3);
l3.resize(3);
print(l3);
return 0;
}
clear
clear的功能是从列表容器中删除所有元素,并将容器的大小保留为0。
find
与vector相同,list并没有用于查找的函数(find),要使用STL实现的通用find完成查找。该find函数定义在算法库**<algorithm>**当中,用于容器元素的查找。它接受两个迭代器参数和一个值参数,表示需要查找的区间和值 。如果找到了,函数会返回指向第一个查找到的元素的迭代器,否则返回尾迭代器。
六、list的其他操作接口
除了传统的成员函数外,list还提供了一些特有的与插入删除相关的操作接口供我们使用。通过学习这些接口的使用方法,我们可以初步了解仿函数的相关知识。
splice
splice 的功能是剪切 。它能够将 容器x**/** 容器x的某个元素**/** 容器的一部分 拷贝到原容器的指定位置,并且删除x中的相应元素。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1;
list<int> l2({ 1,2,3,4,5 });
l1.splice(l1.end(), l2);//将l2剪切到l1的末尾
cout << "l1:";
print(l1);
cout << "l2:";
print(l2);
cout << endl;
l2 = { 1,2,3,4,5 };
l1.splice(l1.end(), l2, l2.begin());//将l2的首元素剪切到l1的末尾
cout << "l1:";
print(l1);
cout << "l2:";
print(l2);
cout << endl;
l2 = { 1,2,3,4,5 };
l1.splice(l1.end(), l2, ++l2.begin(), --l2.end());//将l2掐头去尾的部分剪切到l1的末尾
cout << "l1:";
print(l1);
cout << "l2:";
print(l2);
cout << endl;
}
remove
remove 的功能是删除指定值的元素。
该函数从容器中删除比较结果为val的所有元素。这将调用这些对象的析构函数,并按删除元素的数量减少容器大小。
与erase不同,erase根据元素的位置删除元素,该函数根据元素的值删除元素。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l = { 1,2,3,2,4,2,2,5 };
print(l);
l.remove(2);//删除所有的2
print(l);
return 0;
}
remove_if
remove_if 用于删除list容器中满足特定条件的所有元素(特定条件由我们设定)。
该函数的参数是一个谓词(Predicate) ,如果容器中的某元素使得该谓词返回true,就将该元素删除。
这里简单介绍一下谓词:
之前我们在c语言部分使用qsort函数时,需要显示写一个比较函数用于确定排序的规则,谓词的功能就相当于我们显示写的比较函数。
谓词可以是以下几种形式之一:
返回值为bool类型的函数指针
仿函数(重载了**函数调用操作符"()"**的类,且该重载函数的返回值是bool类型)
3.Lambda表达式(c++11之后支持)
由于我们已经使用过函数指针,在接下来的代码示例当中,我们就尝试写一个仿函数来表示谓词。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
//仿函数
class f
{
public:
bool operator()(int value)
{
return value < 10;//将小于10的元素确定为true
}
};
int main()
{
list<int> l = { 20,1,5,9,15,17 };
l.remove_if(f());//删除所有小于10的元素
print(l);
return 0;
}
unique
unique 函数的功能是删除所有与它的前一个元素满足某特定关系(特定关系可由我们设定)的元素 。当然,该特定关系也是使用谓词 表示。当我们没有显示设置特定关系,那么该特定关系就是两元素相等 ,也就是说我们没有传参时,函数的功能是删除所有相邻的重复元素(保留一个重复的元素,不会全部删除)。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1 = { 1,1,2,3,3,4,4,4,5,5,6,7,8,8 };//有序序列
l1.unique();
print(l1);
list<int> l2 = { 2,2,1,2,2 };//无序序列,无法直接删除所有重复元素
l2.unique();
print(l2);
return 0;
}
对于一个无序list序列,如果想要删除所有的重复元素,那么就需要先对list进行排序,然后再调用unique函数。
merge
merge 的作用是合并两个有序链表 ,注意两个容器都应是有序状态。
这实际上删除了x中的所有元素,但不是销毁其中元素,而是将节点的指针互相连接,最后全部并入到原容器中。
该函数可以接受一个特定的谓词(comp)来执行元素之间的比较操作。
函数执行后,等价元素的相对位置不变(即原容器的在前,x的在后)。
如果x就是原容器,那么函数什么也不做。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l1 = { 1,3,5,7,9 };
list<int> l2 = { 2,4,6,8,10 };
l1.merge(l2);//合并
cout << "l1:";
print(l1);
cout << "l2:";
print(l2);
return 0;
}
sort
sort 用于排序list容器。当然,我们也可以传入一个谓词来确定排序规则,否则默认升序。
它的底层是一个优化的归并排序,意味着等价元素相对位置不变。
说起sort,博主在这里补充一点:与通用find函数相同,STL实现了一个通用的排序函数sort,参数是随机迭代器构成的迭代器区间,用于容器排序。
为什么要实现一个成员函数版的sort呢?直接使用算法库中的通用sort不行吗?刚才博主已经提到,list支持的是双向迭代器,并不具备随机迭代器的功能,所以list无法使用通用的sort函数完成排序,会发生报错。所以说list的成员函数当中,实现了一个排序函数sort。
接下来我们尝试使用该函数:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l = { 5,1,7,2,4,8,0,3 };
l.sort();//排序
print(l);
return 0;
}
由于list底层是一个链表,所以对于排序这种需要重复调整元素顺序的算法,它的效率不是很高。如果要对list排序,建议将list的内容拷贝给vector,然后进行排序,最后拷贝回list。
reverse
reverse 的功能是反转链表。
代码示例:
cpp
#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;
void print(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
list<int> l = { 1,2,3,4,5 };
l.reverse();//反转
print(l);
return 0;
}
总结
今天我们学习了STL容器--list的使用方法。当我们需要频繁进行插入和删除操作时,可以考虑使用该容器。之后博主会和大家一起模拟实现list,并且借此来深入学习迭代器的底层实现。如果你觉得博主讲的还不错,就请留下一个小小的赞在走哦,感谢大家的支持❤❤❤