C++容器list

定义
构造函数
元素访问
容量大小
迭代器
修改操作
链表操作
其他

定义

std::list - cppreference.cn - C++参考手册

双向链表：每个元素（节点）包含数据、一个指向前一个节点的指针和一个指向后一个节点的指针
非连续存储：元素在内存中不是连续存放的，而是通过指针链接
高效修改 ：插入和删除操作（包括中间位置）的时间复杂度为 O(1)，前提是已知插入/删除位置的迭代器
不支持随机访问 ：不能通过下标 [] 直接访问第 n 个元素，必须从头或尾遍历，时间复杂度为 O(n)
稳定迭代器 ：只要不删除元素，插入操作不会使其他元素的迭代器、指针或引用失效。这是 list 相对于 vector 和 deque 的巨大优势

构造函数

1、默认构造函数

创建空的list，长度为0

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1;

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
}

2、指定大小构造函数

cpp 复制代码

std::string getStringFromU8string(const std::u8string& u8str) {
	return std::string(reinterpret_cast<const char*>(u8str.data()), u8str.size());
}

std::u8string getU8stingFromString(const std::string& str) {
	return std::u8string(reinterpret_cast<const char8_t*>(str.data()), str.size());
}

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1(4);

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
}

3、指定大小与初始值构造函数

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1(4, u8"&&");

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
}

4、拷贝构造函数

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };
	// 拷贝构造函数
	list<std::u8string> list2(list1);

	cout << "list2.size()= " << list2.size() << endl;
	cout << "list2.max_size()= " << list2.max_size() << endl;
	for (auto it : list2)
	{
		cout << "list2-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
}

5、移动构造函数‌

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };
	// 移动构造函数
	list<std::u8string> list2(std::move(list1));

	cout << "list2.size()= " << list2.size() << endl;
	cout << "list2.max_size()= " << list2.max_size() << endl;
	for (auto it : list2)
	{
		cout << "list2-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
}

6、范围构造函数

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::array<std::u8string, 4> arr1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };

	// 范围构造函数
	list<std::u8string> list1(arr1.rbegin(), arr1.rend());

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
}

7、指定初始化列表构造函数

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };
	list<std::u8string> list2{ u8"张三", u8"李四" };

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
}

元素访问

不支持下标访问

函数	描述
`front()`	返回第一个元素的引用。
`back()`	返回最后一个元素的引用。

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };

	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	cout << "list1.front()= " << getStringFromU8string(list1.front()) << endl;
	cout << "list1.back()= " << getStringFromU8string(list1.back()) << endl;
}

容量大小

函数	描述
`empty()`	如果 list 为空，返回 `true`。
`size()`	返回当前元素数量。
`max_size()`	返回容器可容纳的最大元素数量。

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };

	cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;
	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	cout << "list1.front()= " << getStringFromU8string(list1.front()) << endl;
	cout << "list1.back()= " << getStringFromU8string(list1.back()) << endl;
}

迭代器

begin-end与rbegin-rend

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };

	// for循环
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	//begin-end
	for (auto it = list1.begin(); it != list1.end(); it++)
	{
		cout << "begin-end list1-> " << getStringFromU8string(*it) << endl;
	}

	//cbegin-cend
	for (auto it = list1.cbegin(); it != list1.cend(); it++)
	{
		cout << "cbegin-cend list1-> " << getStringFromU8string(*it) << endl;
	}

	//rbegin-rend
	for (auto it = list1.rbegin(); it != list1.rend(); it++)
	{
		cout << "rbegin-rend list1-> " << getStringFromU8string(*it) << endl;
	}
}

修改操作

函数	描述
`push_back(value)`	在末尾插入一个元素
`push_front(value)`	在开头插入一个元素。
`pop_back()`	删除最后一个元素。
`pop_front()`	删除第一个元素。
`emplace_back(args...)`	在末尾就地构造一个元素（不用复制）
`emplace_front(args...)`	在开头就地构造一个元素（不用复制）
`emplace(pos, args...)`	在位置 `pos` 就地构造一个元素（不用复制）
`insert(pos, value)`	在位置 `pos` 插入一个元素。
`insert(pos, n, value)`	在位置 `pos` 插入 n 个 `value`。
`insert(pos, first, last)`	在位置 `pos` 插入范围 `[first, last)` 的元素。
`erase(pos)`	删除位置 `pos` 的元素，返回下一个元素的迭代器。
`erase(first, last)`	删除范围 `[first, last)` 的元素，返回 `last` 迭代器。
`clear()`	删除所有元素。
`resize(n)`	调整大小到 `n`。如果变大，新元素用默认值初始化（小于实际元素个数，会删除后面的元素）
`swap(other)`	与另一个 list 交换内容。

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };
	//头部添加数据
	list1.push_front(u8"哈尔滨");
	list1.emplace_front(u8"长春");

	// 尾部添加数据
	list1.push_back(u8"沈阳");
	list1.emplace_back(u8"葫芦岛");
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 删除元素
	list1.pop_front();
	list1.pop_back();
	// 删除第一个
	list1.erase(list1.begin());
	// 删除第三个	
	list1.erase(std::next(list1.begin(), 2));
	// 清空list
	list1.erase(list1.begin(), list1.end());
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "after delete, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 插入数据
	list1.insert(list1.begin(), u8"测试1");
	list1.insert(std::next(list1.begin(), 1), u8"测试2");
	list1.insert(std::next(list1.begin(), 2), 2, u8"&&");

	std::array<std::u8string, 2> arr1 = { u8"张三",u8"李四" };
	list1.insert(list1.begin(), arr1.begin(), arr1.end());
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "after insert, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 调整大小
	list1.resize(2);
	cout << "list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "after resize, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}
	list1.clear();
}

链表操作

函数	描述
`splice(pos, other, it)`	将 `other` 中 `it` 指向的元素移动到 `l` 的 `pos` 位置。O(1)
`splice(pos, other, first, last)`	将 `other` 中 `[first, last)` 范围的元素移动到 `l` 的 `pos` 位置。O(1)
`remove(value)`	删除所有值为 `value` 的元素。
`remove_if(pred)`	删除所有满足谓词 `pred` 的元素。
`unique()`	删除连续的重复元素（只保留一个）。
`unique(pred)`	使用自定义比较函数删除连续的重复元素。
`sort()`	对元素进行排序（默认升序）。
`sort(comp)`	使用自定义比较函数排序。
`reverse()`	反转 list 中元素的顺序。
`merge(other)`	将已排序的 `other` 合并到 `l` 中，并保持有序。`other` 变为空。

cpp 复制代码

int main()
{
	system("chcp 65001");
	list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };
	list<std::u8string> list2 = { u8"张三",u8"李四" };
	// 将list2的第一个元素移动到list1的第一个位置
	list1.splice(list1.begin(), list2, list2.begin());

	// 将list2的前两个元素移动到list1的第一个位置
	// list1.splice(list1.begin(), list2, list2.begin(), list2.end());
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "afet splice, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 删除排序
	list1.remove(u8"张三");
	list1.sort();
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "afet sort, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 转置
	list1.reverse();
	for (auto it : list1)
	{
		cout << "afet reverse, list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;
	}

	// 合并另外一个list(要求已经排好序)
	list1.sort();
	list2.sort();
	list1.merge(list2);
	cout << "afet merge, list1.size()= " << list1.size() << endl;
	cout << "afet merge, list2.size()= " << list2.size() << endl;
}

其他

特性	`std::list`	`std::vector`	`std::deque`
任意位置插入/删除	O(1) (已知位置)	O(n)	O(n) (中间) / O(1) (首尾)
头部插入/删除	O(1)	O(n)	O(1)
尾部插入/删除	O(1)	O(1) 均摊	O(1)
随机访问	不支持	O(1)	O(1)
内存布局	非连续 (链表)	连续	分段连续
迭代器失效	仅被删除元素的迭代器失效	插入/删除可能导致大量失效	插入/删除可能导致大量失效
`splice` 操作	O(1)	不支持	不支持
内存开销	高 (每个元素有额外的指针开销)	低	中等
缓存局部性	差	好	中等