C++ list核心接口与实战技巧

胡萝卜3.02025-10-25 23:26

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目录

[一. list 是什么？先搞懂底层结构](#一. list 是什么？先搞懂底层结构)

[二. list核心接口使用：从构造到修改](#二. list核心接口使用：从构造到修改)

[2.1 构造函数：构造一个list对象](#2.1 构造函数：构造一个list对象)

[2.2 迭代器：遍历list的 "指针"](#2.2 迭代器：遍历list的 “指针”)

[2.3 容量与元素访问：判断空、查大小、取首尾](#2.3 容量与元素访问：判断空、查大小、取首尾)

[2.4 元素修改：插入，删除，清空](#2.4 元素修改：插入，删除，清空)

[2.5 常用算法与操作：find、sort、unique、reverse、merge、remove、splice](#2.5 常用算法与操作：find、sort、unique、reverse、merge、remove、splice)

[三. list迭代器失效：只在删除时发生](#三. list迭代器失效：只在删除时发生)

[四. list vs vector：该选哪个？](#四. list vs vector：该选哪个？)

结尾

一. list 是什么？先搞懂底层结构

list 的本质是双向循环链表，且带有一个"哨兵位头结点"(不存储有效数据)，结构如下

  • 双向：每个字节包含前驱指针 (prev) 和后继指针 (next) ，支持向前，向后遍历；
  • 循环：尾节点的 next 指向头结点，头结点的 prev 指向尾结点，形成闭环；
  • 哨兵位头结点：避免插入/删除时判断"是否为空""是否为头结点"的麻烦，简化代码逻辑。

这种结构决定了 list 的核心特性：任意位置插入/删除效率高（O(1)），但不支持随机访问（也就是下标访问）(访问元素需要遍历，O(N))。

头文件包含：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;

list文档：http://www.cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list

二. list核心接口使用：从构造到修改

list 的接口丰富，但重点掌握"构造，迭代器，容量，元素访问，修改'五大类即可满足日常开发需求，以下结合代码示例讲解。

2.1 构造函数：构造一个list对象

|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|
| 构造函数（ (constructor)） | 接口说明 |
| 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 |

  • list (size_type n, const value_type& val = value_type())

用n个val值的构造

cpp 复制代码 
void testList1()
{
	list<int> lt1(10, 1);
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • list()

构造一个空的list，只包含一个头结点（哨兵位）

cpp 复制代码 
void testList1()
{
	list<int> lt2;
	for (auto e : lt2)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • list (const list& x)

拷贝构造，用一个已经创建好的List对象去初始化另一个要创建的对象

cpp 复制代码 
void testList1()
{
	list<int> lt1(10, 1);
	list<int> lt3(lt1);
	for (auto e : lt3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • list (InputIterator first, InputIterator last)

用 [first, last) 的迭代区间构造

cpp 复制代码 
void testList1()
{
	list<int> lt1(10, 1);
	list<int> lt4(lt1.begin(), lt1.end());
	for (auto e : lt4)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

}

2.2 迭代器：遍历list的 "指针"

list 的迭代器本质是 "结点指针的封装"，支持正向和反向遍历，核心接口如下(当然也可以使用范围for)：

|---------------|-------------------------------------------------------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| begin + end | 返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器 |
| rbegin + rend | 返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置，返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator,即begin位置 |

此处，大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。

图片演示：

  • begin + end
  • rbegin + rend

迭代器知识补充：

  • list：双向
  • vector：随机 和数组相关的都是随机迭代器
  • string：随机

2.3 容量与元素访问：判断空、查大小、取首尾

list 不支持随机访问（没有 operator[] 和 at()），仅提供 "判断空、获取大小、取首尾元素" 的接口:

|-------|------------------------------|
| 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 |
| front | 返回list的第一个节点中的值的引用 |
| back | 返回list的最后一个节点中的值的引用 |

注意：front() 和 back() 仅在 list 非空时使用，若为空会触发未定义行为（建议先 empty() 判断）。

代码示例：

cpp 复制代码 
void testList2()
{
	list<int> lt({ 1,2,3,4 });
	//判空:list为空返回false，不为空返回true
	bool ret = lt.empty();
	if (ret)
	{
		cout << "非空" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "空" << endl;
	}
	//求出list中有效节点个数
	size_t sz = lt.size();
	cout << sz << endl;
	
	//front:返回第一个节点中的值的引用（可以修改值）
	lt.front() = 10;
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//back：返回最后一个节点中的值的引用（可以修改）
	lt.back() = 40;
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
}

2.4 元素修改：插入，删除，清空

list 的核心优势在"修改操作"，任意位置插入/删除仅需调整指针，效率极高，常用接口如下：

|------------|------------------------------|
| 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 |

  • push_front

在 list 头部（第一个有效元素之前）插入值为 val 的元素

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt1({ 2,4,6,8 });
	//向头部插入数据
	lt1.push_front(1);
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • pop_front

删除 list 的第一个有效元素

cpp 复制代码 
void testList3()
{
    list<int> lt3({ 1,2,4,6,8,10 });
	lt3.pop_front();
	for (auto e : lt3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • push_back

在 list 尾部（最后一个有效元素之后）插入值为 val 的元素

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt;
	//向空的lt中尾插数据
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • pop_back

删除 list 的最后一个有效元素

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt1({ 2,4,6,8 });
	//删除最后一个有效数据
	lt1.pop_back();
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • insert

迭代器 pos 指向的位置之前 插入值为 val 的元素，返回指向新插入元素的迭代器

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt3({ 1,2,4,6,8,10 });
	//在it迭代器位置上插入数据
	list<int>::iterator it = lt3.begin();
	lt3.insert(it,100);
	for (auto e : lt3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • erase

删除迭代器 pos 指向的元素，返回指向被删除元素下一个元素的迭代器

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt3({ 1,2,4,6,8,10 });
	//删除迭代器 pos 指向的元素
	list<int>::iterator it = lt3.begin();
	lt3.erase(it);
	for (auto e : lt3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • swap

交换两个 list 的内容

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt3({ 1,2,4,6,8,10 });
	list<int> lt2(10, 1);
	lt2.swap(lt3);
}
  • clear

清空 list 中所有有效元素（仅保留头结点），清空后 size() 为 0

cpp 复制代码 
void testList3()
{
	list<int> lt3({ 1,2,4,6,8,10 });
	lt3.clear();
}

2.5 常用算法与操作：find、sort、unique、reverse、merge、remove、splice

|--------------------------------------------------|----------------------------------------------------------|
| 函数声明 | 接口说明 |
| find(iterator first，iterator last，const T& val) | 在[first，last)的迭代区间中查找值为val的元素，找到返回该位置的迭代器，没有找到返回last迭代器 |
| sort() | 对list中元素进行升序排列 |
| reverse() | 逆置list |
| merge() | 合并有序列表 |
| unique() | 去除重复数据，只保留一个 |
| remove() | 移除具有特定值的元素 |
| splice() | 将元素从列表转移到列表 |

  • find

find(iterator first，iterator last，const T& val)

在[first，last)的迭代区间中查找值为val的元素，找到返回该位置的迭代器，没有找到返回last迭代器

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 });
	list<int>::iterator ret = find(lt.begin(), lt.end(), 4);
	if (ret != lt.end())
	{
		cout << "找到了" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "没找到" << endl;
	}
}

注意：需要包含<algorithm>头文件！！！

  • sort

对list中的数据进行排序

  1. list 不支持随机访问，不能用 STL 通用 sort 算法，需用自身成员函数

  2. 底层通常为归并排序，时间复杂度 O(N log N)

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 9,8,7,6,5,4,3,2,1 });
	lt.sort();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • unique

去除重复数据，只保留一个（在进行操作之前，需要先进行排序操作）

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 1,2,3,2,4,4,2,3 });
	lt.sort();
	lt.unique();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • reverse

逆置list

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 9,8,7,6,5,4,3,2,1 });
	lt.reverse();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • merge

合并两个有序列表，在对两个list进行合并之前要确保这两个list是有序的,

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 3,2,1,4,5,6 });
	list<int> lt1({ 7,9,8,10 });
	lt.sort();
	lt1.sort();
	lt.merge(lt1);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • remove

移除特定的值，若list中没有该值，则不做任何事情

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 3,2,1,4,5,6 });
	lt.remove(1);
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
}
  • splice

转移一个list中的一个值/一段迭代区间中的值到另一个list中的指定位置

cpp 复制代码 
void testList4()
{
	list<int> lt({ 3,2,1,4,5,6 });
	list<int> lt1;
    //迭代区间
	lt1.splice(lt1.begin(), lt,lt.begin(), lt.end());
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	//转移lt中的一个值到lt1中
	lt1.splice(lt1.begin(), lt, lt.begin());
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
}

还可以将list本身中的数据转移到本身list中

三. list迭代器失效：只在删除时发生

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。

迭代器失效是使用 list 时的核心注意点，但其失效规则比 vector 简单得多：

  • 插入时： list 插入仅需调整指针，不会移动现有节点，因此所有迭代器都不会失效；
  • 删除时： 仅指向 "被删除节点" 的迭代器失效，其他迭代器（指向未删除节点）不受影响。

四. list vs vector：该选哪个？

list 和 vector 是 STL 中最常用的两个序列容器，但适用场景完全不同，核心差异如下表：

|-----------|----------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------|
| | vector | list |
| 底 层 结 构 | 动态顺序表，一段连续空间 | 带头结点的双向循环链表 |
| 随 机 访 问 | 支持随机访问，访问某个元素效率O(1) | 不支持随机访问，访问某个元素效率O(N) |
| 插 入 和 删 除 | 任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低 | 任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1) |
| 空 间 利 用 率 | 底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高 | 底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低 |
| 迭 代 器 | 原生态指针 | 对原生态指针(节点指针)进行封装 |
| 迭 代 器 失 效 | 在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效 | 插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响 |
| 使 用 场 景 | 需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率 | 大量插入和删除操作，不关心随机访问 |

选择建议：

  • 需要进行头插、头删、中间插入和删除时用list
  • 需要进行数据的随机访问，存储大量数据时用vector

结尾

通过前面string、vector的学习，list这块的使用就相对比较简单，各位UU们有什么想聊的，可以和博主私信哦~~~

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