【C++篇】从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

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从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

一. C++ `list` 容器简介

list 是 C++ 标准模板库 (STL) 中提供的一种顺序容器。它使用 双向链表 作为底层实现，与 vector 等连续存储的容器不同，list 提供了一种非连续的存储方式，适用于插入和删除操作频繁的场景。

`1.1 list` 容器的特点

双向链表结构：
- 每个节点包含一个数据元素以及前后两个指针，分别指向前一个和后一个节点。
- 节点的非连续存储可以避免频繁的内存移动。
动态大小调整：
- list 不需要预先定义大小，会根据需要动态分配内存。
高效的插入和删除：
- 插入和删除操作时间复杂度为 O(1)，只需要调整指针，而不涉及内存的移动。
- 适用于需要频繁在中间位置进行操作的场景。
低效的随机访问：
- 不支持随机访问（例如 list[3] 不合法），必须通过迭代器逐个访问节点。
支持双向迭代：
- 提供双向迭代器，方便从头到尾或从尾到头遍历。

cpp 复制代码

#include<list>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	list<int> l1 = { 1,2,3,4,5 };
	//使用范围for遍历
	for (auto& s : l1)
	{
		cout << s << " ";
	}
	cout << endl;
	//使用迭代器遍历
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

二. list构造函数

2.1 常见构造函数

2.1.1 默认构造函数

功能：创建一个空的 std::list

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList; // 空列表
    std::cout << "Size: " << myList.size() << std::endl; // 输出 0
    return 0;
}

2.1.2 使用初始化列表

**方法：**可以通过花括号 {} 初始化一个列表。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3 4 5
    }
    return 0;
}

2.1.3 指定大小的构造

**功能：**创建一个指定大小的列表，元素初始化为默认值（对于基本类型是 0）

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList(5); // 创建包含 5 个元素的列表，初始值为 0
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 0 0 0 0 0
    }
    return 0;
}

2.1.4 指定大小和初始值的构造

**功能：**可以同时指定列表的大小和每个元素的初始值。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList(5, 42); // 创建包含 5 个元素的列表，初始值均为 42
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 42 42 42 42 42
    }
    return 0;
}

2.1.5 拷贝构造

功能： 用已有的**std::list**初始化另一个列表。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> originalList = {1, 2, 3};
    std::list<int> copiedList(originalList); // 拷贝 originalList
    for (int num : copiedList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3
    }
    return 0;
}

2.1.6 区间构造

功能：从另一个容器（如数组、std::vector 等）中指定范围构造。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};
    std::list<int> myList(vec.begin() + 1, vec.end() - 1); // 使用范围 [20, 30, 40]
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 20 30 40
    }
    return 0;
}

2.1.7 使用移动构造

**功能：**C++11 引入的移动语义，可以通过移动已有列表的内容，避免拷贝。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> originalList = {1, 2, 3};
    std::list<int> movedList(std::move(originalList)); // originalList 内容被转移
    for (int num : movedList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3
    }
    return 0;
}

这些构造方法结合 std::list 的成员函数（如 push_back , emplace_back, insert 等），可以灵活地处理双向链表数据结构。

2.1.8 相关文档

C++ Reference: list constructor

三. `list` 迭代器的使用

获取 std::list 的迭代器

std::list 提供了三种类型的迭代器：

begin()：指向列表的第一个元素。
end()：指向列表最后一个元素的下一个位置（即尾后迭代器）。
rbegin() 和 rend()：反向迭代器，分别指向最后一个元素和首元素的下一个位置。

3.1 常见迭代器

3.1.1 示例代码：使用正和反迭代器遍历

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 使用 begin() 和 end() 正向迭代
    for (std::list<int>::iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";  // 输出 10 20 30 40 50
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 rbegin() 和 rend() 反向迭代
    for (std::list<int>::reverse_iterator rit = myList.rbegin(); rit != myList.rend(); ++rit) {
        std::cout << *rit << " ";  // 输出 50 40 30 20 10
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

std::list 支持双向迭代器，可以通过正向和反向遍历元素。

使用 std::list 的迭代器可以轻松地进行元素的访问、插入、删除和修改。

std::list 提供了灵活的操作方式，适合处理需要频繁插入和删除元素的场景

3.1.2 相关文档

C++ Reference: list iterator

四. list容量管理接口（iterface）

4.1 常见容量接口

4.1.1 `size()`

**功能：**获取当前列表中元素的个数。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40};
    std::cout << "Size: " << myList.size() << std::endl; // 输出 4
    return 0;
}

4.1.2 `empty()`

**功能：**检查列表是否为空。如果列表为空，则返回 true。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList;

    if (myList.empty()) {
        std::cout << "List is empty" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "List is not empty" << std::endl;
    }

    return 0;
}

4.1.3 `max_size()`

获取**std::list** 能够容纳的最大元素数量。这通常依赖于系统或编译器的实现

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList;
    std::cout << "Max size: " << myList.max_size() << std::endl; // 输出最大可能的元素数量
    return 0;
}

输出：

Max size: 768614336404564650

4.1.4 动态调整大小：resize()

功能：可以调整列表的大小。如果新大小大于当前大小，则在末尾添加默认值的元素；如果新大小小于当前大小，则删除多余的元素。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    std::list<int> myList = { 10, 20, 30 };

    // 增大列表大小
    myList.resize(5); // 添加两个默认值（0 或类型默认值）

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20
    }
    cout << endl;

    // 减小列表大小
    myList.resize(2); // 只保留前两个元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20
    }

    return 0;
}

输出：

10 20 30 0 0

10 20

总结

size() 和 empty() 是检查容量状态的核心函数。

resize() 可以动态调整 std::list 的大小。

std::list 的容量是动态的，由系统内存决定，其极限可以通过 max_size() 查询。

五. list访问元素

在 C++ 中，std::list 是一个双向链表，与 std::vector 不同，它不支持随机访问（如使用索引直接访问元素）。因此，访问 std::list 中的元素主要依赖迭代器或成员函数。

5.1 常见访问元素接口

5.1.1 访问首尾元素

**std::list**提供了以下函数直接访问首尾元素：

front()：返回列表中的第一个元素。
back()：返回列表中的最后一个元素。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 访问首尾元素
    std::cout << "Front: " << myList.front() << std::endl; // 输出 10
    std::cout << "Back: " << myList.back() << std::endl;   // 输出 50

    return 0;
}

5.1.2 使用 `std::advance()` 定位特定元素

虽然 std::list 不支持随机访问，但可以使用 std::advance() 函数将迭代器移动到指定位置。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>
#include <iterator> // std::advance

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    auto it = myList.begin();
    //这里的2是下标
    std::advance(it, 2); // 将迭代器移动到第 3 个元素（从 0 开始计数）

    std::cout << "Third element: " << *it << std::endl; // 输出 30

    return 0;
}

5.1.3 遍历并修改元素

通过迭代器可以直接修改元素的值。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 使用迭代器修改元素
    for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        *it *= 2; // 每个元素乘以 2
    }

    // 输出修改后的列表
    for (auto val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 20 40 60 80 100
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

总结

首尾访问 ：使用 front() 和 back() 访问第一个和最后一个元素。
顺序遍历 ：通过正向迭代器（begin() 和 end()）或范围循环进行。
反向遍历 ：使用反向迭代器（rbegin() 和 rend()）。
特定位置访问 ：结合 std::advance() 定位特定元素。
元素修改：通过迭代器或引用修改列表内容。

由于 std::list 是链表结构，访问特定位置元素时需要从头或尾顺序遍历，因此不适合需要频繁随机访问的场景。

六. `list` 的插入、删除与修改

6.1 插入操作

6.1.1 使用 push_back

功能：在列表末尾插入元素。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};
    myList.push_back(40); // 在末尾插入 40

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

6.1.2 `push_front()`

功能：在列表开头插入元素。

示例代码：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {20, 30, 40};
    myList.push_front(10); // 在开头插入 10

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

6.1.3 使用 `insert()`

**功能：**在指定位置前插入元素。

单个元素插入：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 30, 40};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向第二个位置

    myList.insert(it, 20); // 在 30 前插入 20

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

插入多个元素：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 40};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向第二个位置

    myList.insert(it, {20, 30}); // 在 40 前插入 20 和 30

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

6.1.4 使用 `emplace()` 和 `emplace_back()`

emplace() 在指定位置构造元素：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<std::pair<int, int>> myList;
    auto it = myList.begin();

    myList.emplace(it, 1, 2); // 在开头插入 pair(1, 2)

    for (const auto& p : myList) {
        std::cout << "(" << p.first << ", " << p.second << ") "; // 输出 (1, 2)
    }

    return 0;
}

emplace_back() 在末尾直接构造元素：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<std::pair<int, int>> myList;
    myList.emplace_back(1, 2); // 在末尾插入 pair(1, 2)

    for (const auto& p : myList) {
        std::cout << "(" << p.first << ", " << p.second << ") "; // 输出 (1, 2)
    }

    return 0;
}

6.2 删除操作

6.2.1 使用 `pop_back()`

删除列表中的最后一个元素。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};
    myList.pop_back(); // 删除最后一个元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20
    }

    return 0;
}

6.2.2 使用 `pop_front()`

删除列表中的第一个元素。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};
    myList.pop_front(); // 删除第一个元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 20 30
    }

    return 0;
}

6.2.3 使用 `erase()`

删除指定位置的元素，或删除指定范围的元素。

删除单个元素：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向第二个元素

    myList.erase(it); // 删除 20

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 30 40
    }

    return 0;
}

删除范围内的元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};
    auto it1 = myList.begin();
    auto it2 = myList.begin();
    std::advance(it2, 3); // 指向第四个元素

    myList.erase(it1, it2); // 删除第一个到第三个元素（不包括第四个）

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 40 50
    }

    return 0;
}

6.2.4 使用 remove() 和 remove_if()

remove() 删除与指定值匹配的所有元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 20, 40};
    myList.remove(20); // 删除所有值为 20 的元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 30 40
    }

    return 0;
}

remove_if() 按条件删除元素：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 删除所有大于 30 的元素
    myList.remove_if([](int x) { return x > 30; });

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30
    }

    return 0;
}

6.3 修改元素

6.3.1 使用迭代器修改元素

通过迭代器可以访问并修改元素。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};

    for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        *it *= 2; // 每个元素乘以 2
    }

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 20 40 60
    }

    return 0;
}

6.3.2 使用范围循环修改元素（C++11 起）

通过引用可以直接修改元素。

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};

    for (int& val : myList) {
        val += 5; // 每个元素加 5
    }

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 15 25 35
    }

    return 0;
}

总结：

插入元素 ：push_back()、push_front()、insert()、emplace()。

删除元素 ：pop_back()、pop_front()、erase()、remove()、remove_if()。

修改元素：通过迭代器或范围循环进行修改。

std::list 的灵活性在于其对插入和删除的高效支持，适合需要频繁调整内容的场景。

七. list迭代器失效问题

在 C++ 中，std::list 是一种双向链表，插入或删除操作通常不会导致迭代器失效。然而，在某些情况下，迭代器仍可能变得无效，导致未定义行为。以下是详细介绍 std::list 迭代器失效的场景、原因及解决方法：

7.1 常见导致迭代器失效的操作

7.1.1 删除操作（`erase` 和 `remove`）

当从列表中删除元素时，与被删除元素关联的迭代器将失效。指向其他元素的迭代器不会受到影响。

示例：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向第二个元素 (20)

    myList.erase(it); // 删除 20
    // 此时，it 已失效，不能再访问

    // 正确做法：更新迭代器
    it = myList.begin();
    ++it; // 指向新的第二个元素 (30)
    std::cout << *it << std::endl; // 输出 30

    return 0;
}

解决方法：

在调用 erase 后，更新迭代器。
使用 erase 的返回值（新有效迭代器）。

auto it = myList.erase(myList.begin()); // 删除第一个元素，并获取新迭代器
注：erase（）返回删除下一个元素的位置

7.1.2 批量删除操作（`remove` 和 `remove_if`）

使用 remove 或 remove_if 删除多个元素时，所有指向被删除元素的迭代器都会失效。

示例：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 20};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向第二个元素 (20)

    myList.remove(20); // 删除所有值为 20 的元素
    // it 已失效，不能再使用

    // 正确做法：重新获取有效迭代器
    it = myList.begin();
    std::cout << *it << std::endl; // 输出 10

    return 0;
}

7.1.3 插入操作（`insert` 和 `emplace`）

普通插入 ：在 std::list 中插入新元素时，不会影响现有迭代器的有效性。
错误访问：插入新元素后，如果误用插入位置周围的迭代器访问未初始化的范围，会导致逻辑错误。

示例：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 30, 40};
    auto it = myList.begin();
    ++it; // 指向 30

    myList.insert(it, 20); // 在 30 前插入 20
    std::cout << *it << std::endl; // 输出 30（有效）

    return 0;
}

7.1.4 清空操作（`clear`）

调用 clear 后，列表中的所有迭代器都将失效。

示例：

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30};
    auto it = myList.begin();

    myList.clear(); // 清空列表
    // it 已失效，不能再使用

    return 0;
}

解决方法：

在调用 clear 后，不应再访问任何迭代器。
重新初始化迭代器，例如指向**begin()** 或 end()。

7.1.5 为什么 `std::list` 的迭代器通常不失效？

std::list 是双向链表，其底层实现是动态分配的节点，每个节点独立存储数据，并通过指针连接。因此：

插入新元素时，现有节点的地址保持不变，现有迭代器不会失效。
删除单个节点时，其他节点的地址保持不变，其迭代器不会失效。

总结

重新获取迭代器：是将迭代器从新指向初始位置

八. `list` 常见的其他修改操作(splice 、merge)

在 C++ 中，std::list 提供了两个强大的成员函数 splice 和 merge，专门用于操作链表的内容，特别适合链表的高效数据操作。以下是它们的介绍及使用方法：

8.1 `splice()` 操作

功能

splice 函数用于将一个 std::list 的元素或整个内容移动到另一个 std::list 中，而无需拷贝数据。
它的时间复杂度是常数级别 O(1)，因为仅需调整指针。

函数重载形式

splice 有三种重载形式：

void splice(iterator pos, list& other)

将 other 的所有元素移动到当前列表 pos 位置之前。
void splice(iterator pos, list& other, iterator it)

将 other 中的单个元素 it 移动到当前列表 pos 位置之前。
void splice(iterator pos, list& other, iterator first, iterator last)

将 other 中从 first 到 last 范围的元素移动到当前列表 pos 位置之前。

8.1.1 使用示例

(1) 移动整个列表

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> list1 = {10, 20, 30};
    std::list<int> list2 = {40, 50, 60};

    auto it = list1.begin();
    ++it; // 指向 20

    list1.splice(it, list2); // 将 list2 的所有元素插入到 list1 的 20 之前

    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 40 50 60 20 30
    }

    return 0;
}

（2）移动单个元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> list1 = {10, 20, 30};
    std::list<int> list2 = {40, 50, 60};

    auto it1 = list1.begin();
    ++it1; // 指向 20
    auto it2 = list2.begin();
    ++it2; // 指向 50

    list1.splice(it1, list2, it2); // 将 list2 的 50 插入到 list1 的 20 之前

    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 50 20 30
    }

    for (int val : list2) {
        std::cout << val << " "; // 输出 40 60
    }

    return 0;
}

（3）移动范围元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> list1 = {10, 20, 30};
    std::list<int> list2 = {40, 50, 60, 70};

    auto it1 = list1.begin();
    ++it1; // 指向 20
    auto it2 = list2.begin();
    auto it3 = list2.end();
    --it3; // 指向 70

    list1.splice(it1, list2, it2, it3); // 将 list2 中 40 50 60 插入到 list1 的 20 之前

    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 40 50 60 20 30
    }

    for (int val : list2) {
        std::cout << val << " "; // 输出 70
    }

    return 0;
}

8.2 `merge` 函数

功能

merge 函数用于将两个有序 std::list 合并为一个有序列表。
原列表中的元素必须是 升序排序 或根据指定比较函数排序，否则结果未定义。
合并后，other 列表被清空。

函数形式

void merge(list& other)

使用默认的 < 运算符合并两个列表。
void merge(list& other, Compare comp)

使用自定义比较函数 comp 合并两个列表。

8.2.1 使用示例

（1）默认比较

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> list1 = {10, 30, 50};
    std::list<int> list2 = {20, 40, 60};

    list1.merge(list2); // 合并 list2 到 list1，要求两者升序排列

    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40 50 60
    }

    std::cout << "List2 size: " << list2.size() << std::endl; // 输出 List2 size: 0

    return 0;
}

（2）自定义比较

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

bool compareDescending(int a, int b) {
    return a > b; // 降序比较
}

int main() {
    std::list<int> list1 = {50, 30, 10};
    std::list<int> list2 = {60, 40, 20};

    list1.merge(list2, compareDescending); // 使用降序规则合并

    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 60 50 40 30 20 10
    }

    std::cout << "List2 size: " << list2.size() << std::endl; // 输出 List2 size: 0

    return 0;
}

8.3 splice和merge比较

总结

splice 是链表特有的高效数据操作，适合在多个列表之间移动元素而不进行复制。
merge 适用于有序数据的合并，同时保持排序状态。
两者结合使用，可以灵活、高效地处理链表数据结构中的复杂操作。

九. list的排序与去重

在 C++ 中，std::list 提供了排序和去重的成员函数，使得对链表的排序和去重操作变得非常简便。以下是 std::list 中排序（sort）和去重（unique）功能的详细介绍与使用方法：

9.1 `sort` 函数

功能

sort 用于对 std::list 中的元素进行排序，默认是升序排序。可以自定义比较函数实现降序或其他排序规则。

函数重载形式

void sort()

使用默认的 < 运算符进行升序排序。
void sort(Compare comp)

使用自定义的比较函数 comp 对列表进行排序。

9.1.1 使用实例

（1）使用默认比较排序排升序

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {30, 10, 40, 20, 50};

    myList.sort(); // 默认升序排序

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40 50
    }

    return 0;
}

（2）使用自定义比较进行降序排序

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

bool compareDescending(int a, int b) {
    return a > b; // 降序比较
}

int main() {
    std::list<int> myList = {30, 10, 40, 20, 50};

    myList.sort(compareDescending); // 使用自定义降序比较函数

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 50 40 30 20 10
    }

    return 0;
}

注意事项

std::list::sort 会直接修改原始列表，元素顺序会改变。
默认排序使用 < 运算符，适用于大多数数据类型。如果需要自定义排序，可以通过比较函数传递给 sort。

9.2 `unique` 函数

功能

unique 用于删除 std::list 中相邻的重复元素。该函数仅比较相邻的元素，因此在使用之前，通常需要先对列表进行排序，以确保所有重复元素相邻。
调用 unique 后，链表中的重复元素会被移除，返回一个指向新"末尾"元素的迭代器。

函数重载形式

void unique()

删除相邻的重复元素，使用 operator== 进行比较。
void unique(BinaryPredicate pred)

使用自定义的比较函数 pred，根据指定的规则删除相邻的重复元素。

9.2.1 使用示例

(1) 使用默认比较删除相邻重复元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 10, 20, 20, 30, 30, 40};

    myList.unique(); // 删除相邻重复元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

(2) 使用自定义比较删除相邻重复元素

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

bool compare(int a, int b) {
    return a % 10 == b % 10; // 比较两个元素的个位数是否相等
}

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50, 60};

    myList.unique(compare); // 根据个位数相等删除相邻元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20
    }

    return 0;
}

注意事项

std::list::unique 只会删除相邻的重复元素，如果需要去除所有重复元素，通常先对列表进行排序再调用 unique。
unique 会修改列表的结构，移除的元素将不再存在。

`9.3 sort` 和 `unique` 结合使用

由于 unique 只会删除相邻的重复元素，因此通常我们会在调用 unique 之前先对列表进行排序，以确保重复的元素是相邻的。

示例：排序后去重

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 30, 20, 10, 40, 20, 30};

    myList.sort();    // 排序
    myList.unique();  // 删除相邻的重复元素

    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30 40
    }

    return 0;
}

总结

sort：

用于排序列表中的元素，可以使用默认比较（升序）或自定义比较函数。
排序是原地进行的，修改原始列表的顺序。

unique：

用于删除相邻的重复元素。
必须先排序（如果需要删除所有重复元素），然后调用 unique 来删除重复项。
可以使用自定义比较函数来判断元素是否重复。

通过结合使用 sort 和 unique，你可以高效地对链表进行去重和排序操作。

十. list中的swap与reverse函数

10.1 swap函数

功能

swap 用于交换两个 std::list 对象的内容。该操作不需要进行元素的复制或移动，只需要交换内部的数据结构指针，具有常数时间复杂度 O(1)。
交换后的两个列表将互换它们的内容，原列表为空，目标列表变成了原来列表的内容。

函数原型

void swap(list& other);

other ：另一个要与当前列表交换内容的 std::list 对象。

10.1.1 使用示例

示例：交换两个列表的内容

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> list1 = {10, 20, 30};
    std::list<int> list2 = {40, 50, 60};

    // 交换 list1 和 list2 的内容
    list1.swap(list2);

    // 输出 list1
    std::cout << "list1: ";
    for (int val : list1) {
        std::cout << val << " "; // 输出 40 50 60
    }

    // 输出 list2
    std::cout << "\nlist2: ";
    for (int val : list2) {
        std::cout << val << " "; // 输出 10 20 30
    }

    return 0;
}

注意事项

swap 是一种非常高效的操作，因为它只交换底层数据的指针，不会涉及到元素的逐一复制或移动。
交换后的列表会变为空，原列表的内容会被完全替换。

10.2 reverse函数

功能

reverse 用于反转 std::list 中元素的顺序，使得列表中的元素顺序完全颠倒。reverse 是原地操作，不会创建新的列表。

函数原型：

void reverse();

10.2.1 使用示例

示例：反转列表

cpp 复制代码

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::list<int> myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 反转列表
    myList.reverse();

    // 输出反转后的列表
    for (int val : myList) {
        std::cout << val << " "; // 输出 50 40 30 20 10
    }

    return 0;
}

注意事项

reverse 会修改原始列表，使得列表元素的顺序发生变化。
该操作的时间复杂度是 O(n)，其中 n 是列表中元素的数量。

10.3 swap与reverse对比

总结

swap ：用于交换两个 std::list 对象的内容，效率极高。适用于需要交换列表内容而不需要拷贝数据的场景。
reverse ：用于反转 std::list 中元素的顺序，操作简单且直接。适用于需要颠倒列表元素顺序的场景。

这两个函数都是 std::list 中的非常实用的操作，能够帮助你高效地处理链表中的数据。

十一. list内存管理

11.1 shrink_to_fit`函数`

std::list 是一个基于双向链表的数据结构，其内存管理方式不同于动态数组。每个节点独立分配内存，因此没有额外的"容量"概念，所有的节点内存都是即时分配和释放的。因此，std::list 没有实现 shrink_to_fit 的必要性。

list没有增容概念。

end

在这篇关于 C++ 中 std::list 的详细介绍和使用指南 中，我们系统地学习了 std::list 的基本特性、常见操作及其实际应用。通过本文的学习，你应该已经掌握了以下内容：

std::list 的基本构造和容量管理方法：如何创建列表、访问元素以及判断列表是否为空等。
迭代器的使用：熟悉如何遍历和操作列表元素，并理解迭代器失效问题及其规避方法。
插入、删除和修改操作：灵活管理列表中的元素，快速进行动态调整。
高级功能 ：如排序（sort）、去重（unique）、合并（merge）、反转（reverse）、交换（swap）等。
性能优化：通过合适的操作，如交换空列表或重新构造，释放不必要的内存。

std::list 是 C++ 标准库中功能强大且灵活的容器之一，尤其在需要频繁插入和删除操作的场景中表现优异。虽然它的随机访问性能不如动态数组（如 std::vector），但在需要高效的动态调整和稳定迭代器的场景中，std::list 是一个不可替代的选择。

通过本文的学习，你不仅可以熟练地操作 std::list，还能够根据项目需求选择合适的数据结构，编写出更高效、更健壮的代码。希望本文能为你未来的开发提供帮助！

如果你还有任何问题，欢迎随时提出，我们一起探讨与学习！ 🚀

下一篇文章再会！！！

【C++篇】从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

文章目录

从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

一. C++ list 容器简介

1.1 list 容器的特点

二. list构造函数

2.1 常见构造函数

2.1.1 默认构造函数

2.1.2 使用初始化列表

2.1.3 指定大小的构造

2.1.4 指定大小和初始值的构造

2.1.5 拷贝构造

2.1.6 区间构造

2.1.7 使用移动构造

2.1.8 相关文档

三. list 迭代器的使用

3.1 常见迭代器

3.1.1 示例代码：使用正和反迭代器遍历

3.1.2 相关文档

四. list容量管理接口（iterface）

4.1 常见容量接口

4.1.1 size()

4.1.2 empty()

4.1.3 max_size()

五. list访问元素

5.1 常见访问元素接口

5.1.1 访问首尾元素

5.1.2 使用 std::advance() 定位特定元素

六. list 的插入、删除与修改

6.1 插入操作

6.1.1 使用 push_back

6.1.2 push_front()

6.1.3 使用 insert()

6.1.4 使用 emplace() 和 emplace_back()

6.2 删除操作

6.2.1 使用 pop_back()

6.2.2 使用 pop_front()

6.2.3 使用 erase()

6.3 修改元素

6.3.1 使用迭代器修改元素

6.3.2 使用范围循环修改元素（C++11 起）

七. list迭代器失效问题

7.1 常见导致迭代器失效的操作

7.1.1 删除操作（erase 和 remove）

7.1.2 批量删除操作（remove 和 remove_if）

7.1.3 插入操作（insert 和 emplace）

7.1.4 清空操作（clear）

7.1.5 为什么 std::list 的迭代器通常不失效？

八. list 常见的其他修改操作(splice 、merge)

8.1 splice() 操作

8.1.1 使用示例

8.2 merge 函数

8.2.1 使用示例

8.3 splice和merge比较

九. list的排序与去重

9.1 sort 函数

9.1.1 使用实例

9.2 unique 函数

9.2.1 使用示例

9.3 sort 和 unique 结合使用

示例：排序后去重

十. list中的swap与reverse函数

10.1 swap函数

10.1.1 使用示例

示例：交换两个列表的内容

10.2 reverse函数

10.2.1 使用示例

10.3 swap与reverse对比

十一. list内存管理

11.1 shrink_to_fit函数

一. C++ `list` 容器简介

`1.1 list` 容器的特点

三. `list` 迭代器的使用

4.1.1 `size()`

4.1.2 `empty()`

4.1.3 `max_size()`

5.1.2 使用 `std::advance()` 定位特定元素

六. `list` 的插入、删除与修改

6.1.2 `push_front()`

6.1.3 使用 `insert()`

6.1.4 使用 `emplace()` 和 `emplace_back()`

6.2.1 使用 `pop_back()`

6.2.2 使用 `pop_front()`

6.2.3 使用 `erase()`

7.1.1 删除操作（`erase` 和 `remove`）

7.1.2 批量删除操作（`remove` 和 `remove_if`）

7.1.3 插入操作（`insert` 和 `emplace`）

7.1.4 清空操作（`clear`）

7.1.5 为什么 `std::list` 的迭代器通常不失效？

八. `list` 常见的其他修改操作(splice 、merge)

8.1 `splice()` 操作

8.2 `merge` 函数

9.1 `sort` 函数

9.2 `unique` 函数

`9.3 sort` 和 `unique` 结合使用

11.1 shrink_to_fit`函数`