list的常见接口使用

今天，我们来讲解一下C++关于STL标准库中的一个容器list的常见接口。

在我们之前c语言数据结构中，我们已经了解过了关于链表的知识点了，那么对于现在理解它也是相对来说比较容易的了。

数据结构--双向循环链表-CSDN博客

1. 定义与包含头文件

• 首先要包含 <list> 头文件才能使用 list 容器。例如： #include <list> 。

• 定义一个 list 容器的基本语法是 std::list<数据类型> 列表名; 。

比如 std::list<int> myList; 就定义了一个存储整数的 list 容器。

2. 特点

https://cplusplus.com/reference/list/

1- 双向链表结构： list 在内部是通过双向链表实现的。这意味着每个元素（节点）都包含指向前一个元素和后一个元素 的指针。这种结构使得在序列中的任何位置进行插入和删除操作都非常高效，时间复杂度为常数时间O(1)，因为不需要移动其他元素，只需要调整节点间的指针。

2- 元素存储：元素在内存中不是连续存储的，与数组（如 std::vector ）不同。这使得 list 可以高效地进行插入和删除操作，但随机访问元素的效率较低，访问第n个元素的时间复杂度为O(n)。

3- list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。

list的接口比较多，这里也是讲解比较常用的接口，其余的到时候需要再去官网查询即可

一：list的构造

|---------------------------------------------------------------------------|---------------------------------|
| explicit 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 |
| list() | 构造空的list |
| list (const list& x) | 拷贝构造函数 |
| list (InputIterator first, InputIterator last) | 用[first, last)区间中的元素构造list |

ps:解释explicit

explit:用于防止隐式转换。在没有 explicit 关键字修饰构造函数时，编译器可以使用单参数构造函数（或者除第一个参数外其余参数都有默认值的多参数构造函数）进行隐式转换。而 explicit 关键字就是用来禁止这种隐式转换的。

好处：

-可以提高代码的可读性和安全性。通过禁止隐式转换，代码的意图更加明确，减少了一些可能由于意外的隐式转换而导致的错误。同时，在需要进行类型转换时，显式的转换也能让阅读代码的人清楚地知道发生了什么操作。
其中，在vector中，我们解释了为啥要弄成val=T（）？ 同样在list中也是类似的！

代码演示：下面以int类型为演示，当然也可以改成string，char等等。

void TestList1()
{

 构造空的lt1
 list<int> lt1;  

                       
 lt2中放4个值为100的元素
  list<int> lt2(4, 100); 
             

用lt2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造lt3
 list<int> lt3(lt2.begin(), lt2.end()); 

   
 用lt3拷贝构造lt4
list<int> lt4(lt3);                    



 以数组为迭代器区间构造lt5
  int array[] = { 16,2,77,29 };
  list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));



   列表格式初始化C++11
   list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };



    用迭代器方式打印lt5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;
}

list iterator迭代器的使用

1.begin和end

2.rbegin和rend

我们在vector和string中知道迭代器的使用了：（其实都是一样的）

正向迭代器：迭代器执行++操作，迭代器向后移动

反向迭代器：迭代器执行++操作，迭代器向前移动

代码演示：

**注意：***链表遍历只能使用迭代器或者范围for：因为它是不连续的*****

void PrintList(const list<int>& l)
{
   ***注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
    for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 编译不通过，因为const不能够修改
    }

void TestList2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    // 使用正向迭代器正向list中的元素
    // list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法
    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;
}

Capacity容量:

|-------|------------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| empty | 检测list是否为空，是返回true，否则返回false |
| size | 返回list中有效节点的个数 |

Element access元素访问:

|-------|------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| front | 返回list的第一个节点中值的引用 |
| back | 返回list的最后一个节点中值的引用 |

list modifiers链表的修改

|--------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| push_front | 在list首元素前插入值为val的元素 |
| pop_front | 删除list中第一个元素 |
| push_back | 在list尾部插入值为val的元素 |
| pop_back | 删除list中最后一个元素 |
| insert | 在list position 位置中插入值为val的元素 |
| erase | 删除list position位置的元素 |
| swap | 交换两个list中的元素 |
| clear | 清空list中的有效元素 |
| assign | 追加新的内容到list中 |

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尾部节点和头部节点
    L.pop_back();
    L.pop_front();
    PrintList(L);
}

void TestList4()
{
    int array1[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));

    // 获取链表中第二个节点
    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前插入5个值为5的元素
    L.insert(pos, 5, 5);
    PrintList(L);

    // 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
    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)区间中的元素，即删除list中的所有元素
    L.erase(L.begin(), L.end());
    PrintList(L);
}

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);

    // 将l2中的元素清空
    l2.clear();
    cout << l2.size() << endl;
}

区分迭代器的性质：

1.迭代器的性质有底层的结构决定。

我们可以看到，上面的函数模板的定义的迭代器不同，它们分别代表什么意思呢？

分别代表：

1. 单向迭代器：

• 只能按照一个方向来遍历元素，通常是从容器的第一个元素开始，按顺序依次向后访问，不能往回走 eg：单链表

2.双向迭代器：

在单向迭代器的基础上增加了反向遍历的功能。可以向前也可以向后移动，能更灵活地访问元素。例如在处理双向链表数据结构时，双向迭代器可以方便地在链表中前后移动来查找或者操作节点。 eg：list，map（以后学），set（以后学）

3. 随机迭代器：

它的功能更强大，不仅可以像双向迭代器那样前后移动，还能够直接跳转到容器中的任意一个合法位置访问元素，就像知道每个元素的"地址"一样，可以随意访问。比如对于一个数组，随机迭代器可以直接通过索引定位并访问元素，在需要随机访问数据的场景下，如对内存中的数据块进行抽样检查，随机迭代器就能发挥优势。

eg：vector，string，deque（后面讲优先队列时讲解）

迭代器失效问题：

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

好了，list的常见使用接口的讲解就到这结束了，希望你我共进步！

最后，鸡汤环节：

共勉！