【 C++ 】list的常用接口说明

目录

1、list的介绍

2、list的使用

        2.1、list的构造

        2.2、迭代器的使用

                begin和end

                rbegin和rend

                范围for

        2.3、list的元素获取

                front和back

        2.4、list的大小

                empty

                size

        2.5、list修改的相关函数

                push_front和pop_front

                push_back和pop_back

                简述emplace_back接口

                insert

                erase

                swap

                clear

        2.6、list的操作函数

                sort

                unique

                splice

3、迭代器

4、list与vector对比

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1、list的介绍

1. list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。
2. 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。
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。
4. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
5. 与其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要因素

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2、list的使用

2.1、list的构造

构造函数	接口说明
1、list()	构造空的list
2、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
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list

• 1、list()

list<int> lt1;

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

list<int> lt2(5, 3);//构造5个值为3的元素

• 3、list (const list& x)

list<int> lt3(lt2);//用lt2拷贝构造lt3

• 4、list (InputIterator first, InputIterator last)

//1、用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造lt4
list<int> lt4(lt2.begin(), lt2.end());
//2、以数组为迭代器区间构造lt5
int array[] = { 1,2,3,4 };
list<int> lt5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

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2.2、迭代器的使用

函数声明	接口说明
1、begin	返回第一个元素的迭代器
2、end	返回最后一个元素下一个位置的迭代器
3、rbegin	返回第一个元素的reverse_iterator,即end位置
4、rend	返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator,即begin位置

begin和end

begin是返回第一个元素的迭代器，end是返回最后一个元素下一个位置的迭代器。可以通过迭代器进行元素访问：

void test()
{
	list<int> lt(5, 3);
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end()) //不能用it < lt.end()
	{
		cout << *it << " "; //3 3 3 3 3
		it++;
	}
}

• 注意：begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

rbegin和rend

和先前学到的string类似，rbegin的第一个元素为尾部end位置，rend返回的是begin的位置。

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	list<int>::reverse_iterator rit = lt.rbegin();
	//或者用auto自动识别类型：auto rit = lt.rbegin();
	while (rit != lt.rend())
	{
		cout << *rit << " "; //4 3 2 1
		rit++;
	}
}

• 注意：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

范围for

范围for的底层就是迭代器实现的，利用其也可进行元素访问：

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";//1 2 3 4
	}
}

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2.3、list的元素获取

函数声明	接口声明
1、front	返回list第一个节点中值的引用
2、back	返回list最后一个节点中值的引用

front和back

front返回第一个元素，back返回最后一个元素

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	cout << lt.front() << endl;//1
	cout << lt.back() << endl; //4
}

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2.4、list的大小

函数声明	接口说明
1、empty	检测list是否为空，是返回true，不是返回false
2、size	返回list中有效节点的个数

empty

empty判断list是否为空

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	cout << lt.empty() << endl;//0
}

size

size用来获取list中有些元素个数

void test5()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	cout << lt.size() << endl;//4
}

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2.5、list修改的相关函数

函数声明	接口声明
1、push_front	在list首元素前插入值为val的元素
2、pop_front	删除list中第一个元素
3、push_back	在list尾部插入值为val的元素
4、pop_back	删除list中最后一个元素
5、insert	在list position 位置中插入值为val的元素
6、erase	删除list position位置的元素
7、swap	交换两个list中的元素
8、clear	清空list中的有效数据

push_front和pop_front

push_front即头插，pop_front即头删。

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	lt.push_front(0);//头插0
	cout << lt.front() << endl;//0
	lt.pop_front();//头删
	cout << lt.front() << endl;//1
}

push_back和pop_back

push_back即尾插，pop_back即尾删。

void test6()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	lt.push_back(9);//尾插9
	cout << lt.back() << endl;//9
	lt.pop_back();//尾删
	cout << lt.back() << endl;//4
}

简述emplace_back接口

首先，从功能上讲emplace_back和push_back是差不多的，都属于尾插，区别在于emplace_back支持可变参数模板（以后会讲到），push_back只能插入实例化的类型，emplace_back的传入更加多元化

如下push_back能完成的操作我emplace_back也同样能完成：

void test_list()
{
	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(2);
	/*lt1.push_back(3);
	lt1.push_back(4);*/
	lt1.emplace_back(3);
	lt1.emplace_back(4);
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " ";//1 2 3 4
	cout << endl;
}

当要插入的元素是内置类型，那么push_back和emplace_back插入的方式差不多，但如果是自定义类型，则会有差异，如下我有一个A类

struct A
{
	A(int a1 = 1, int a2 = 2)
		:_a1(a1)
		,_a2(a2)
	{ }
	int _a1;
	int _a2;
};

若想使用push_back进行插入，有如下三种方式：

1. 定义一个有名对象，并传入
2. 利用匿名对象进行插入
3. 走隐式类型转换

对于emplace_back，则有如下三种方式，和push_back会有不同之处：

1. 定义一个有名对象，并传入
2. 利用匿名对象进行插入
3. 利用可变参数，直接一个一个传入

emplace_back不支持推导类型，所以不能用隐式类型转换的方式进行插入，但当是多参数时，可以一个一个传，这就利用到了可变参数，此方式相比其它几种方法更加高效

void test_list()
{
	list<A> lt2;
	A aa1(2, 2);
	//A aa2 = { 2, 2 );
	lt2.push_back(aa1);
	lt2.push_back(A(2, 2));
	lt2.push_back({ 2, 2 });

	lt2.emplace_back(aa1);
	lt2.emplace_back(A(2, 2));
	lt2.emplace_back(2, 2);//更高效

}

对于emplace系列的其他用法等到后面再进行详谈，这里简要了解

insert

list中的insert支持下列三种插入方式：

1. 在指定位置插入一个值为val的元素
2. 在指定位置插入n个值为val的元素
3. 在指定位置插入一段左闭右开的迭代器区间

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 4; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4
	}
	list<int>::iterator pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
	//1、在3的位置插入值7
	lt.insert(pos, 7);
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//1 2 7 3 4
	cout << endl;

	//2、在3的位置插入5个-1
	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);
	lt.insert(pos, 5, -1);
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//1 2 7 -1 -1 -1 -1 -1 3 4
	cout << endl;

	//3、在7的位置插入迭代器区间
	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 7);
	list<int> lt2(3, 0);
	lt.insert(pos, lt2.begin(), lt2.end());
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//1 2 0 0 0 7 -1 -1 -1 -1 -1 3 4
}

erase

erase支持下列两种删除方式：

1. 删除在指定迭代器位置的元素
2. 删除指定迭代器区间的元素

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 1; i <= 7; i++)
	{
		lt.push_back(i);//1 2 3 4 5 6 7
	}
	list<int>::iterator pos = find(lt.begin(), lt.end(), 2);
	//1、删除2位置的元素
	lt.erase(pos);
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//1 3 4 5 6 7
	cout << endl;
	//2、删除值为4后的所有元素
	pos = find(lt.begin(), lt.end(), 4);
	lt.erase(pos, lt.end());
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//1 3
}

swap

swap用于交换两个list的内容。

void test()
{
	list<int> lt1(5, -1);
	list<int> lt2(3, 7);
	lt2.swap(lt1);
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //7 7 7 
	cout << endl;
	for (auto d : lt2)
		cout << d << " "; //-1 -1 -1 -1 -1
}

clear

clear用来清空list中的有效数据。

void test()
{
	list<int> lt(5, -1);
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//-1 -1 -1 -1 -1
	cout << endl;
	lt.clear();
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//空
}

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2.6、list的操作函数

函数声明	接口说明
1、sort	对list进行排序
2、unique	删除list中的重复元素
3、splice	将元素从 x 传输到容器中，将它们插入到适当的位置

sort

list中的sort函数默认排升序。

void test()
{
	list<int> lt;
	for (int i = 3; i >= -3; i--)
	{
		lt.push_back(i);//3 2 1 0 -1 -2 -3
	}
	lt.sort();
	for (auto e : lt)
		cout << e << " ";//-3 -2 -1 0 1 2 3
}

unique

unique是删除list中的重复元素，但它只能去重挨着的元素：

void test_list()
{
	list<int> lt1 = { 10, 2, 30, 30, 5, 2, 2, 4, 2, 30 };
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //10 2 30 30 5 2 2 4 2 30
	cout << endl;
	lt1.unique();
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //10 2 30 5 2 4 2 30
	cout << endl;

	lt1.sort();
	lt1.unique();
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //2 4 5 10 30
	cout << endl;
}

• 注意：要想对list进行真正的去重，必须先排序（sort）。

splice

splice用于将元素从 x 传输到容器中，将它们插入到适当的位置，如下的使用方式：

void test_list()
{
	list<int> lt1 = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //1 2 3 4 5 6
	cout << endl;
	//把1移动到尾部
	lt1.splice(lt1.end(), lt1, lt1.begin());
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //2 3 4 5 6 1
	cout << endl;
}

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3、迭代器

对于上文提到的list中的sort，明明算法库里已经提供了sort函数，可list还是提供了sort排序函数，这是因为算法库里的sort函数不能适用list，具体原因要从迭代器开始说起，算法库里sort的迭代器要支持-，但list中的迭代器支持++/--，却不支持-，现在我们对迭代器展开讲讲：

• 首先迭代器的底层本质就是指针，或者是对指针的封装，它的行为就像指针一样。
• 对于vector的迭代器支持++和--，同样也支持-，因为-的成本低，如果是链表就不支持-了，因为成本高，因为链表间的节点间是相互独立的，节点之间没有固定的联系，导致链表的-效率很低

对于迭代器，我们可以从功能和性质两个角度进行分类：

算法作用到容器上是通过迭代器的，而算法对迭代器是有要求的，并且不同算法的名字已经暗示了你要使用哪种迭代器，如下三种算法（find & reverse & sort），而迭代器之间又是一种继承的关系：

• 对于sort算法（随机），是肯定不能传链表(list)的迭代器，因为只能传递随机迭代器，如vector、string、deque
• 对于reverse算法（双向），我需要传递双向迭代器，不能传递单向迭代器（因为不支持++/--），但是可以支持传递随机迭代器（因为支持了++/--），也可以说随机迭代器是一个特殊的双向迭代器。这即利用了C++的继承思想（父子关系），子类是一个特殊的父类，父类的功能子类都支持
• 对于find算法（单向），同时随机和双向迭代器又是一个特殊的单向迭代器，单向迭代器的功能我双向迭代器和随机迭代器都有，因此对于find是各类迭代器都通吃的

综上，由于库里的sort算法支持的是随机迭代器，所以对于list就需要自己单独实现一个sort了，并且内部用的是归并算法进行排序，不同于库里的快排

void test_list()
{
	list<int> lt1 = { 10, 2, 30, 5, 2, 4, 2 };
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //10 2 30 5 2 4 2
	cout << endl;
	lt1.sort();
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //2 2 2 4 5 10 30
	cout << endl;
}

list里的sort默认也是升序，如果要排降序，则需要用到仿函数，这里进行简单演示，详情见后续

void test_list()
{
	list<int> lt1 = { 10, 2, 30, 5, 2, 4, 2 };
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //10 2 30 5 2 4 2
    //降序
	greater<int> gt;
	lt1.sort(gt);
    //lt1.sort(greater<int>());//匿名对象
	for (auto e : lt1)
		cout << e << " "; //30 10 5 4 2 2 2
	cout << endl;
}

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4、list与vector对比

	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
随即访问	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