C++ STL之list的使用及模拟实现

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1. 介绍

英文解释：

也就是说：

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的因素）。

图示：

想要具体了解其底层数据结构可以参照：线性表之双向链表

2. list类的使用

template < class T, class Alloc = allocator<T> > class list;

list 是类模板。使用其定义变量时，首先需要实例化。

例如：

实例化类型	解释
list	整型容器，每个元素的类型为 int。
list<char*>	char* 指针容器，每个元素的类型为 char*。
list<vector>	list 类模板嵌套实例化的容器，元素类型为 vector。

2.1 list类对象的构造函数

(constructor)构造函数代码	功能说明
explicit list (const allocator_type& alloc = allocator_type());	（默认构造函数）构造一个空的容器，没有任何元素。
explicit list (size_type n, const value_type& val = value_type(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	（填充构造函数）构造一个具有 n 个元素的容器。每个元素都是 val 的副本。
template <class InputIterator> list (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type& alloc = allocator_type());	（范围构造函数）构造一个与范围[first, last)中的元素数量相同的容器，每个元素都是从该范围中的相应元素构造而来，顺序相同。
list (const list& x);	（拷贝构造函数）构造一个与 x 中的每个元素副本相同顺序的容器。

实例：

// constructing lists
#include <iostream>
#include <list>

int main()
{
   
    // 按照上述描述的顺序使用的构造函数
    std::list<int> first;                                // empty list of ints
    std::list<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100
    std::list<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through second
    std::list<int> fourth(third);                       // a copy of third

    // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
    int myints[] = {
    16,2,77,29 };
    std::list<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    std::cout << "The contents of fifth are: ";
    for (std::list<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); it++)
        std::cout << *it << ' ';

    std::cout << '\n';

    return 0;
}

输出结果：

2.2 list类对象的容量操作

函数名称	代码	功能说明
empty	bool empty() const;	返回 list 容器是否为空（即其大小是否为0）。
size	size_type size() const;	返回 list 容器中元素的个数。
max_size	size_type max_size() const;	返回 list 容器中可以容纳的最大元素的数量。

2.3 list类对象的修改操作

函数名称	代码	功能说明
assign	template <class InputIterator> void assign (InputIterator first, InputIterator last); void assign (size_type n, const value_type& val);	对 list 容器进行赋值，替换其当前内容，并相应地修改其大小。
push_front	void push_front (const value_type& val);	在 list 容器开头插入一个新元素 val。
pop_front	void pop_front();	删除 list 容器中第一个元素。
push_back	void push_back (const value_type& val);	在 list 容器最后插入一个新元素 val。
pop_back	void pop_back();	删除 list 容器中最后一个元素。
insert	iterator insert (iterator position, const value_type& val); void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val); template <class InputIterator> void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);	在指定位置 position 之前插入新元素 val、n 个 val或者迭代器区间[first, last)范围的元素。
erase	iterator erase (iterator position); iterator erase (iterator first, iterator last);	删除 position 位置的元素或者迭代器区间[first, last)范围的元素。
swap	void swap (list& x);	与另一个相同类型的 list 容器 x 交换内容。存在一个同名的非成员函数 swap，重载该算法的意义是优化交换时间。
resize	void resize (size_type n, value_type val = value_type());	改变容器的大小，使其包含 n 个元素。如果 n 小于当前容器的大小，则内容将被缩减为其前 n 个元素，并移除超出范围的元素。如果 n 大于当前容器的大小，则通过在末尾插入所需数量的元素来扩展内容，使其大小达到 n。如果指定了 val，则新元素将被初始化为 val 的副本；否则，它们将进行值初始化。
clear	void clear();	从 list 容器中移除所有元素，使容器的大小变为0。

2.4 list类对象的访问及遍历操作

函数名称	代码	功能说明
front	reference front(); const_reference front() const;	返回 list 容器中第一个元素的引用。
back	reference back(); const_reference back() const;	返回 list 容器中最后一个元素的引用。

遍历操作

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