C++之list容器介绍及使用方式

一、list底层结构

list底层是带头节点的双向循环链表

• 双向：可以从前往后，也可以从后往前遍历
• 循环：找尾节点的时间复杂度为O( 1 )
• 带头节点：代码实现简单，不用考虑链表为空等特殊情况，可令end()迭代器指向头节点的位置

二、构造方法

构造函数

list<int> l1;
list<int> l2(5, 3);
//迭代器
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
list<int> l3(v.begin(), v.end());
//C++11
list<int> l4{ 1,2,3,4,5 };

拷贝构造函数

利用l1拷贝构造l2

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };
list<int> l2(l1);

三、元素访问和迭代器

back&front

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };
cout << l1.front() << endl;
cout << l1.back() << endl;

三种遍历方式

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };

采用下面三种方式对下面这个list<int>类型的对象进行遍历打印：

1.迭代器

list<int>::iterator it = l1.begin();
for (it; it != l1.end(); it++)
{
	cout << *it << " ";
}
cout << endl;

打印结果：

2.范围for

注意这里e是int类型，不用再进行解引用

//范围for
for (auto e : l1)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;

打印结果：

3.反向迭代器

list<int>::reverse_iterator rit = l1.rbegin();
for (rit; rit != l1.rend(); rit++)
{
	cout << *rit << " ";
}
cout << endl;

打印结果：

四、元素修改

尾插、头插、尾删、头删

insert、erase

list支持任意位置的插入，注意list对象的迭代器不支持加减数字，因为其底层空间不连续，如图：

如果要往一个位置进行插入，可以通过find函数返回位置进行，find是一个通用的函数模板，返回值是传入参数的迭代器类型，

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };
l1.insert(find(l1.begin(), l1.end(), 3), 10);//任意位置插入
l1.erase(find(l1.begin(), l1.end(), 10), l1.end());//任意位置的删除

swap

list内置的交换函数

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };
list<int> l2{ 5,6,7,8,9 };
l1.swap(l2);

resize

resize改变有效元素的个数，多的元素用第resize二个参数填充，如果没有给第二个参数，则默认用T()。

list<int> l1{ 0,1,2 };
l1.resize(5, 3);

五、特殊操作

remove

删除值为value的元素

list<int> l1{ 3,0,1,3,2,3 };
l1.remove(3);

remove_if

remove_if的参数是一个判断条件，可以是函数指针或者函数对象

//判断5的倍数
bool MultipleFive(int n)
{
	return 0 == n % 5;
}

void Test10()
{
	//此处传递函数指针
	list<int> l1{ 10,0,1,3,5,7,20 };
	l1.remove_if(MultipleFive);
}

unique、sort

unique，去重，删除所有重复元素，使用unique之前要先调用sort进行排序，这里的sort是list内置的sort，不是标准库中的sort

void Test()
{
	list<int> l1{ 1,3,3,5,4,0,2,5,4 };
	l1.sort();//默认升序
	l1.unique();//删除重复元素
}

结果：

对于sort的使用，还可以自定义函数，并将函数指针作为参数传递给sort函数进行排序：

reverse

对链表进行逆置

void Test()
{ 
	list<int> l1{ 1,3,5,7,9 };
	l1.reverse();
}

结果：

六、list迭代器失效问题

list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。 

erase导致的迭代器失效

如图所示，it迭代器所指向的位置被删除后，迭代器失效：

改正方法：

while (it != l1.end())
{
	//it=l1.erase(it);
	l1.erase(it++);
}

这里 l1.erase(it++)语句也能达到效果，因为后置++会将自增后的结果保存在临时变量中，而前置则不可以。 

resize导致的迭代器失效

resize减少有效元素个数也会导致迭代器失效：

list<int> l1{ 1,3,5,7,9 };
auto it = l1.end();
l1.resize(3);

上面这个程序中，reseze减少有效元素个数后，it指向的位置元素已经被删除，迭代器失效，如果再使用该迭代器，则会出错。

七、vector与list对比

vector（动态顺序表）

list（带头结点的双向循环链表）

对比	vector	list
底层结构	动态顺序表，连续空间	带头结点的双向循环链表
访问	支持随机访问，首地址+下标	不能随机访问，可通过find查找，访问随即元素时间复杂度O(N)
插入删除	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，空间利用率较高，缓存利用率高。可以一次将一个数据附近的空间都加载到缓存，不用频繁地从内存读取数据	底层节点动态开辟，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	对指针进行了封装
迭代器失效	容量相关的操作都有可能导致迭代器失效，如插入引起的扩容，删除元素等	插入元素不会导致迭代器失效，删除节点会导致，且只影响当前迭代器，其他迭代器不受影响
使用场景	不关心插入和删除效率，支持随机访问	大量插入和删除操作，不关心随机访问的场景

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持猪先飞。