STL序列式容器之list

一、概述

list使用一个双向链表来管理数据。使用list必须含入头文件<list>，其型别定义如下：

namespace std{
    template <class T,
              class Allocator = allocator<T> >
    class list;
}

list不支持随机存取，所以既不提供下标操作符，也不提供at()。list相较于vector的好处是每次插入或者删除一个元素，就配置或者释放一个元素空间。对于任何位置的元素插入或元素移除，list永远是常数时间。

二、list内部结构

list本身和list节点是不同的结构，需要分开设计，STL list节点结构如下：

template <class T>
struct __list_node {
    typedef void* void_pointer;
    void_pointer prev;
    void_pointer next;
}

SGI list不仅是一个双向链表，而且还是一个环状双向链表，结构图如下

三、list的操作函数

1. 生成、复制和销毁

操作	效果
list<Elem> c	产生一个存放Elem类型元素的空list
list<Elem> c1(c2)	产生一个与c2同型的list，每个元素都被复制
list<Elem> c(n)	产生一个含有n个元素，以default构造函数产生元素的list
list<Elem> c(n,elem)	产生一个含有n个elem元素的list
list<Elem> c(beg,end)	产生一个以区间[beg,end]内元素为初值的list
c.~list<Elem>()	销毁所有元素，释放内存

2. 非变动性操作

操作	效果
c.size()	返回元素个数。
c.empty()	判断容器大小是否为0。
c.max_size()	返回可容纳元素最大数量
c1 == c2	判断c1是否等于c2
c1 != c2	判断c1是否不等于c2
c1 < c2	判断c1是否小于c2
c1 > c2	判断c1是否大于c2
c1 <= c2	判断c1是否小于等于c2
c1 >= c2	判断c1是否大于等于c2
c.front()	返回第一个元素，不检查元素是否存在
c.back()	返回最后一个元素，不检查元素是否存在
c.begin()	返回一个随机存取迭代器，指向第一元素
c.end()	返回一个随机存取迭代器，指向最后一个元素的下一位置
c.rbegin()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代时的第一个元素
c.rend()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代时最后元素的下一位置

3. 赋值操作

操作	效果
c1 = c2	将c2的全部元素赋值给c1。
c.assign(n,elem)	将elem的n个拷贝赋值给c。
c.assign(beg,end)	将区间[beg,end]的元素赋值给c
c1.swap(c2)	将c1和c2元素互换
swap(c1,c2)	同上，此为全局函数

4. 元素存取操作

操作	效果
c.front()	返回c的第一个元素，不检查元素存在与否
c.back()	返回c的最后一个元素，不检查元素存在与否

5. 迭代器函数
list迭代器不支持随机存取，这些迭代器只是双向迭代器。

操作	效果
c.begin()	返回一个双向迭代器，指向第一个元素
c.end()	返回一个双迭代器，指向最后一个元素的下一位置
c.rbegin()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的第一个元素
c.rend()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的最后元素的下一位置

6. 元素的安插和移除

操作	效果
c.insert(pos,elem)	在pos位置插入一个elem副本，返回新元素的位置
c.insert(pos,n,elem)	在pos位置插入n个elem副本，无返回值
c.insert(pos,beg,end)	在pos位置插入区间[beg,end]内的元素，无返回值
c.push_back(elem)	在尾部添加一个elem的副本
c.pop_back()	移除最后一个元素，不回传
c.push_front(elem)	在头部插入一个elem副本
c.pop_front()	移除头部元素，不回传
c.remove(val)	移除所有值为val的元素
c.remove_if(op)	移除所有造成op(elem)结果为true的元素
c.erase(pos)	移除pos位置所指元素，返回下一元素的位置
c.erase(beg,end)	移除区间[beg,end]内的元素，返回下一元素的位置
c.resize(num)	将大小改为num。如果size增长了，新增大小以default构造函数产生出来
c.resize(num,elem)	将大小改为num。如果size增长了，新增大小以elem副本产生出来
c.clear()	移除所有元素，将容器清空

7. 特殊变动性操作

操作	效果
c.unique()	如果存在若干相邻而数值相等的元素，则移除重复元素，只留下一个
c.unique(op)	如果存在若干个相邻元素都使op()的结果为true，则移除重复元素，只留下一个
c.splice(pos,c2)	将c2内的所有元素转移到c1内、迭代器pos之前
c.splice(pos,c2,c2pos)	将c2内的c2pos所指元素转移到c1内的pos所指的位置上，c1和c2可以相同
c.splice(pos,c2,c2beg,c2end)	将c2内的[c2beg,c2end]区间所有元素转移到c1内的pos之前
c.sort()	以operator<为准则对所有元素排序
c.sort(op)	以op()为准则对所有元素排序
c.merge(c2)	假设c1和c2内的元素已序，将c2内的全部元素转移到c1，保证合并后的list仍然有序
c.merge(c2,op)	假设c1和c2内的元素按照op()已序，将c2内的全部元素转移到c1，保证合并后的list仍然在op()准则下有序
c.reverse()	将所有元素反序

8. 异常处理
所有STL标准容器中，list对于异常安全性提供了最佳支持。

操作	保证
push_back()	如果不成功，就没有任何作用
push_front()	如果不成功，就没有任何作用
insert()	如果不成功，就没有任何作用
pop_back()	不抛出异常
pop_front()	不抛出异常
erase()	不抛出异常
clear()	不抛出异常
resize()	如果不成功，就没有任何作用
remove()	只要元素比较操作不抛出异常，就不抛出异常
remove_if()	只要判断式不抛出异常，就不抛出异常
unique()	只要元素比较操作不抛出异常，就不抛出异常
splice()	不抛出异常
merge()	只要元素比较时不抛出异常，保证“要么不成功，要么没有任何作用”
reverse()	不抛出异常
swap()	不抛出异常

四、程序示例

list的使用示例

//example of list
#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;

void printLists(const list<int>& l1, const list<int>& l2)
{
    cout << "list1: ";
    copy(l1.begin(), l1.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout << endl << "list2: ";
    copy(l2.begin(), l2.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout << endl << endl;
}
int main()
{
    list<int> l1, l2;

    for (int i = 0; i < 6; ++i){
        l1.push_back(i);
        l2.push_front(i);
    }
    printLists(l1, l2);

    l2.splice(find(l2.begin(), l2.end(), 3), l1);
    printLists(l1, l2);

    l2.splice(l2.end(), l2, l2.begin());
    printLists(l1, l2);

    l2.sort();
    l1 = l2;

    l2.unique();
    printLists(l1, l2);

    l1.merge(l2);
    printLists(l1, l2);

    l1.reverse();
    printLists(l1,l2);

    l1.sort();
    printLists(l1,l2);
    return 0;
}

输出结果：