C++之list类的代码及其逻辑详解（上）

1. list介绍及使用方法

list是标准库提供的容器，它的底层实现是双向链表。借助双向链表的结构，list能够高效地在任意位置进行元素的插入和删除操作，不过在元素的随机访问方面效率欠佳。

1. 双向链表结构：链表的每个节点都存有指向前驱节点和后继节点的指针，这使得它在插入和删除操作上十分高效。
2. 动态内存分配：std::list会依据实际需要动态地分配内存，所以它的大小能够在运行时动态改变。
3. 不支持随机访问：无法像数组或者std::vector那样通过下标（如list[5]）直接访问元素，要访问元素只能通过迭代器逐个遍历。
4. 插入和删除操作高效：在链表的任意位置进行插入和删除操作，时间复杂度都是 O (1)。
5. 迭代器稳定性：在对std::list进行插入或删除操作时，除了被删除的元素对应的迭代器会失效，其他迭代器都不会受到影响。

2. list的常用接口

2.1 迭代器操作

接口名称	作用
operator*	解引用迭代器，返回当前元素的引用。
operator->	通过迭代器访问元素的成员（用于自定义类型）。
operator++	前置 / 后置递增迭代器，指向下一个元素。
operator--	前置 / 后置递减迭代器，指向前一个元素。
operator!=	判断两个迭代器是否不相等（用于循环终止条件）。
operator==	判断两个迭代器是否相等。

示例代码：

int main() {
    std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4};
    for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出：1 2 3 4
    }
}

2.2 容器操作

接口名称	作用
begin()	返回指向第一个元素的迭代器。
end()	返回指向末尾（最后一个元素的下一个位置）的迭代器。
empty()	判断容器是否为空（注意：你提到的 empty_init() 可能是笔误）。
swap(list<T>& x)	交换两个 list 的内容（常数时间复杂度）。
clear()	清空容器中的所有元素。
size()	返回容器中的元素个数。

示例代码：

list<int> a = {1, 2};
list<int> b = {3, 4, 5};

bool isEmpty = a.empty(); // false
a.swap(b);                // a = {3, 4, 5}, b = {1, 2}
a.clear();                // a 为空
size_t s = b.size();      // s = 2

2.3 元素插入与删除

接口名称	作用
push_back(const T& x)	在容器尾部插入元素 x。
push_front(const T& x)	在容器头部插入元素 x。
insert(iterator pos, const T& x)	在迭代器 pos 前插入元素 x，返回新元素的迭代器。
erase(iterator pos)	删除迭代器 pos 指向的元素，返回下一个元素的迭代器。

示例代码：

list<int> myList = {2, 4};

myList.push_back(6);   // myList = {2, 4, 6}
myList.push_front(1);  // myList = {1, 2, 4, 6}

auto it = myList.begin();
++it; // it 指向 2
myList.insert(it, 3); // myList = {1, 3, 2, 4, 6}

it = myList.begin();
myList.erase(it);     // 删除 1，myList = {3, 2, 4, 6}

1. 迭代器失效：

   • erase(pos) 会使被删除元素的迭代器失效。
   • insert(pos, x) 不会使任何迭代器失效。
   • 删除或插入元素后，建议重新获取迭代器。

2. 性能特点：

   • push_back()、push_front()、insert() 的时间复杂度均为 O (1)。
   • erase() 的时间复杂度为 O (1)，但需先定位到元素（定位可能需要 O (n)）。

完整示例

#include <iostream>
#include <list>

int main() {
    std::list<int> myList;

    // 插入元素
    myList.push_back(10);
    myList.push_front(5);
    myList.insert(++myList.begin(), 7); // {5, 7, 10}

    // 删除元素
    myList.erase(++myList.begin());     // {5, 10}

    // 遍历
    for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";        // 输出：5 10
    }

    // 交换与清空
    std::list<int> temp = {1, 2, 3};
    myList.swap(temp);                  // myList = {1, 2, 3}
    myList.clear();                     // myList 为空

    return 0;
}