【C++】list的介绍及使用说明-编程知识

00.引言

01.list的介绍

模版类

独立节点存储

list的使用

1.构造函数

2.迭代器的使用

分类

运用

3.容量管理

empty()：

size():

4.元素访问

5.增删查改

00.引言

我们学习数据结构时，学过两个基本的数据结构：顺序表和链表。顺序表中的数据是连续存储的，并且支持随机访问，但是增删数据的效率比较低，因为要挪动数据；链表中的数据是分散存储的，每个节点包含一个数据和指向令一个节点的指针，不支持随机访问，但插入和删除操作的效率较高。

vector容器内部数据存储原理可以认为是顺序表，而list可以认为是双向链表（每个节点都包含指向前一个和后一个节点的指针）。

01.list的介绍

模版类

和"std::vector"一样，“std::list”实现不同类型数据的管理也是通过模版类的机制实现的。当创建一个list对象时，可以通过模版参数来指定存储的元素类型。使用"<数据类型>"来显式实例化指定存储的元素类型，例如“std::list<int>”表示存储整数类型的链表，“std::list<double>”表示存储双精度浮点型的链表……

#include <iostream>template<typename T>
class list {……
};int main() {list<int> myList1;list<double> myList2;return 0;
}

独立节点存储

list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。因此list可以在任意位置进行插入和删除，且时间复杂度为O(1)，并且该容器可以前后双向迭代。

list的使用

在cpluscplus网站上有具体的list的使用说文档：list使用文档，在实际运用中，需要熟悉一些常用的list接口，以下列出了一些常见接口：

1.构造函数

在使用list创建对象之前，需要包含头文件“<vector>”。

我们需要调用构造函数来创建对象，list的构造函数有以下几种：

1.list()：无参构造

2.list(size_type n,const value_type& val = value_type())：初始化n个val的元素

3.list(const list& x)：拷贝构造函数

4.list(inputiterator first, inputiterator last)：用(first，last)区间中的元素构造

代码演示：


void text1()
{list<int> l1;list<int> l2(5, 10);list<int> l3(l2);list<int> l4(l3.begin(), l3.end());int arr[] = { 0,1,2,3,4 };list<int> l5(arr, arr + 5);
}

运行结果：

2.迭代器的使用

可以将 list 中的迭代器理解为一个指针，该指针指向list中的某一个节点。

分类

· begin + end：返回第一个数据位置的迭代器 + 返回最后一个数据的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

注意：

1.begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

2.rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

运用

遍历list只能用迭代器和范围for，而vector还可以用类似与数组的下标[]访问，那是因为vector中的数据是连续存储的，而list中是分散存储的，元素地址直接并无关联。

迭代器和范围for遍历：


void text2(const list<int>& l)
{for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {cout << *it << " ";//*it = 10; 编译不通过}cout << endl;
}
int main() {//text1();list<int> l{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };text2(l);return 0;
}

运行结果：

可以看到这里使用的是const迭代器，这表示迭代器指向的元素是不可被修改的，来看看const_iterator的底层是这样定义的：

class list {
public:// other members...// 内部定义 const_iteratortypedef const T* const_iterator;
};

所以const迭代器指向的元素是常量，不可进行修改操作，而迭代器本身是可以++或--的，如果是

typedef T* const const_iterator;

这种方式定义，则表示迭代器本身不可++或--操作，其指向的元素则可以被修改。

正向反向迭代器：


void text3()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };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;
}int main() {text3();return 0;
}

运行结果：

在C++11中引入了auto关键字，编译器会自动推导auto定义的变量的类型，具体内容可以参考我的这篇博客：auto关键字与基于范围的for循环(C++11)

3.容量管理

list虽然不需要动态开辟管理内存空间，但是还是要对节点的数量（数据的个数）进行跟踪管理

empty()：

用于检查列表是否为空。如果列表为空，则返回 ‘true’，否则返回 ‘false’。

代码演示：


void text4()
{list<int> myList;if (myList.empty()) {std::cout << "List is empty!" << std::endl;}else {std::cout << "List is not empty. Size: " << myList.size() << std::endl;}}int main() {text4();return 0;
}

运行结果：

size():

用于获取列表中的数量。

代码演示：


void text5()
{list<int> myList = { 1, 2, 3, 4, 5 };std::cout << "Size of list: " << myList.size() << std::endl;
}int main() {text5();return 0;
}

运行结果：

4.元素访问

有别与begin、end，list中可以通过front、back函数分别获取list的第一个节点的引用和最后一个节点的引用，是直接获取元素本身，而不是元素地址（指向元素的迭代器(指针)）。

代码演示：

void text6()
{list<int> myList = { 1, 2, 3, 4, 5 };int firstElement = myList.front();cout << "First element: " << firstElement << endl;int lastElement = myList.back();cout << "Last element: " << lastElement << endl;}int main() {text6();return 0;
}

5.增删查改

下面是代码演示：


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}cout << endl;
}// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void Test1()
{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0L.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);
}// insert /erase 
void Test2()
{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);
}// resize/swap/clear
void Test3()
{// 用数组来构造listint 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;
}int main() {Test1();Test2();Test3();return 0;
}

运行结果：