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STL详解 - list

news 来源：原创 2025/6/23 21:00:21

一、List容器概述

1.1 什么是list？

1.2 核心特点

二、List的定义与初始化

三、List 的基本操作

3.1 插入操作

🌵头插和尾插

🌵指定位置插入

3.2 删除操作

🍋头删和尾删

🍋指定位置删除

四、List 的迭代器使用

4.1 正向迭代器

4.2 反向迭代器

五、List 的元素访问

5.1 获取首尾元素

六、List 的大小控制

6.1 获取和调整大小

七、List 的排序与拼接

7.1 排序操作

7.2 拼接操作

八、List 的删除与去重

8.1 删除操作

8.2 去重操作

九、List 的合并与反转

9.1 合并操作

9.2 反转操作

十、List 的赋值与交换

10.1 赋值操作

10.2 交换操作

一、List容器概述

1.1 什么是list？

list是C++标准模板库（STL）中的序列式容器，底层采用双向链表实现，支持在任意位置进行O(1)时间复杂度的插入和删除操作。与vector的连续内存布局不同，list的每个元素存储在一个独立的节点中，节点之间通过指针相互连接。这种结构使得 list 在任意位置插入和删除元素时具有较高的效率，但不支持随机访问。

1.2 核心特点

高效插入和删除：可以在常数时间内完成任意位置的插入和删除操作。

双向迭代：支持正向和反向遍历。

不支持随机访问：无法通过索引直接访问元素。

额外空间开销：每个节点需要存储指向前驱和后继的指针，因此存储空间较大。

二、List的定义与初始化

list 的定义方式非常灵活，以下是几种常见的定义方法：

#include <list>
using namespace std;int main() 
{// 方式一：创建空容器list<int> lt1;// 方式二：n个相同元素list<int> lt2(5, 100);  // 5个100// 方式三：拷贝构造list<int> lt3(lt2);// 方式四：迭代器范围初始化string str = "hello";list<char> lt4(str.begin(), str.end());// 方式五：数组初始化int arr[] = { 1,3,5,7,9 };list<int> lt5(arr, arr + 5);return 0;
}

三、List 的基本操作

3.1 插入操作

🌵头插和尾插

头插：push_front 将元素插入到容器的头部。
尾插：push_back 将元素插入到容器的尾部。

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;int main() 
{list<int> lt;lt.push_front(0);lt.push_front(1);lt.push_front(2);for (auto e : lt){cout << e << " "; // 输出：2 1 0}cout << endl;lt.push_back(3);for (auto e : lt){cout << e << " "; // 输出：2 1 0 3}cout << endl;return 0;
}

🌵指定位置插入

单个值：在指定迭代器位置插入一个值。
多个值：在指定迭代器位置插入多个相同值。
区间：在指定迭代器位置插入一个区间的内容。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;int main() 
{list<int> lt;lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);auto pos = find(lt.begin(), lt.end(), 2);lt.insert(pos, 9); // 插入单个值for (auto e : lt){cout << e << " "; // 输出：1 9 2 3}cout << endl;pos = find(lt.begin(), lt.end(), 3);lt.insert(pos, 2, 8); // 插入多个值for (auto e : lt){cout << e << " "; // 输出：1 9 2 8 8 3}cout << endl;vector<int> v(2, 7);pos = find(lt.begin(), lt.end(), 1);lt.insert(pos, v.begin(), v.end()); // 插入区间for (auto e : lt){cout << e << " "; // 输出：7 7 1 9 2 8 8 3}cout << endl;return 0;
}

3.2 删除操作

🍋头删和尾删

头删：pop_front 删除容器头部的元素。
尾删：pop_back 删除容器尾部的元素。

lt.pop_front(); // 删除头部元素
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：7 1 9 2 8 8 3
}
cout << endl;lt.pop_back(); // 删除尾部元素
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：7 1 9 2 8 8
}
cout << endl;

🍋指定位置删除

单个元素：删除指定迭代器位置的元素。
区间：删除指定迭代器区间内的所有元素。

pos = find(lt.begin(), lt.end(), 9);
lt.erase(pos); // 删除单个元素
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：7 1 2 8 8
}
cout << endl;pos = find(lt.begin(), lt.end(), 8);
lt.erase(pos, lt.end()); // 删除区间
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：7 1 2
}
cout << endl;

四、List 的迭代器使用

4.1 正向迭代器

通过 begin 和 end 获取正向迭代器，用于正向遍历容器。

cout << "Forward iteration: ";
//list<int>::iterator it = lt.begin();
auto it = lt.begin();
while (it != lt.end())
{cout << *it << " ";++it;
}
cout << endl;

4.2 反向迭代器

通过 rbegin 和 rend 获取反向迭代器，用于反向遍历容器。

cout << "Reverse iteration: ";
//list<int>::iterator rit = lt.rbegin();
auto rit = lt.rbegin();
while (rit != lt.rend())
{cout << *rit << " ";++rit;
}
cout << endl;

五、List 的元素访问

5.1 获取首尾元素

首元素：front() 返回第一个元素。
尾元素：back() 返回最后一个元素。

cout << "First element: " << lt.front() << endl; // 输出：7
cout << "Last element: " << lt.back() << endl; // 输出：2

六、List 的大小控制

6.1 获取和调整大小

获取大小：size() 返回容器中元素的数量。
调整大小：resize() 用于调整容器大小。
判断是否为空：empty() 判断容器是否为空。
清空容器：clear() 清空容器。

// 获取大小
cout << "Size: " << lt.size() << endl; // 输出：3// 调整大小
lt.resize(5, 5); // 扩大到 5 个元素，新增元素为 5
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：7 1 2 5 5
}
cout << endl;// 判断是否为空
cout << "Is empty: " << lt.empty() << endl; // 输出：0// 清空容器
lt.clear(); 
cout << "Size after clear: " << lt.size() << endl; // 输出：0

七、List 的排序与拼接

7.1 排序操作

sort 函数对容器中的元素进行排序，默认为升序。

lt.push_back(4);
lt.push_back(7);
lt.push_back(3);
lt.sort(); // 排序
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：3 4 7
}
cout << endl;

7.2 拼接操作

splice 用于将一个 list 的内容拼接到另一个 list 中。

拼接整个容器：将整个容器拼接到另一个容器的指定位置。
拼接单个元素：将单个元素拼接到另一个容器的指定位置。
拼接区间：将指定区间的元素拼接到另一个容器的指定位置。

// 拼接整个容器
list<int> lt1(4, 2);
list<int> lt2(4, 6);
lt1.splice(lt1.begin(), lt2); 
for (auto e : lt1)
{cout << e << " "; // 输出：6 6 6 6 2 2 2 2
}
cout << endl;// 拼接单个元素
list<int> lt3(4, 2);
list<int> lt4(4, 6);
lt3.splice(lt3.begin(), lt4, lt4.begin()); 
for (auto e : lt3)
{cout << e << " "; // 输出：6 2 2 2 2
}
cout << endl;// 拼接区间
list<int> lt5(4, 2);
list<int> lt6(4, 6);
lt5.splice(lt5.begin(), lt6, lt6.begin(), lt6.end()); 
for (auto e : lt5)
{cout << e << " "; // 输出：6 6 6 6 2 2 2 2
}
cout << endl;

八、List 的删除与去重

8.1 删除操作

删除特定值：remove() 删除容器中所有特定值的元素。
删除满足条件的元素：remove_if() 删除容器中满足条件的元素。

lt.push_back(1);
lt.push_back(3);
lt.push_back(3);
lt.push_back(2);
lt.remove(3); // 删除值为 3 的元素
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：1 2 
}bool is_even(int val) 
{return val % 2 == 0;
}
lt.remove_if(is_even); // 删除偶数
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：1
}

8.2 去重操作

unique 删除容器中连续的重复元素。

lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(3);
lt.push_back(3);lt.sort(); // 先排序
lt.unique(); // 删除连续重复元素
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：1 2 3
}
cout << endl;

九、List 的合并与反转

9.1 合并操作

merge 将一个有序 list 合并到另一个有序 list 中，结果仍保持有序。

list<int> lt1;
lt1.push_back(3);
lt1.push_back(1);
lt1.push_back(4);
lt1.sort(); // 排序 lt1list<int> lt2;
lt2.push_back(6);
lt2.push_back(2);
lt2.push_back(5);
lt2.sort(); // 排序 lt2lt1.merge(lt2); // 合并 lt2 到 lt1
for (auto e : lt1)
{cout << e << " "; // 输出：1 2 3 4 5 6
}
cout << endl;

9.2 反转操作

reverse 将容器中的元素顺序反转。

lt.push_back(1);
lt.push_back(2);
lt.push_back(3);
lt.push_back(4);
lt.reverse(); // 反转
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：4 3 2 1
}
cout << endl;

十、List 的赋值与交换

10.1 赋值操作

assign 用于将新内容分配给容器，替换其当前内容。

赋值固定数量的值：assign(n, val)。
赋值区间内容：assign(first, last)。

lt.assign(3, 5); // 赋值 3 个 5
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：5 5 5
}
cout << endl;string s("hello");
lt.assign(s.begin(), s.end()); // 赋值字符串内容
for (auto e : lt)
{cout << e << " "; // 输出：h e l l o
}
cout << endl;

10.2 交换操作

swap 用于交换两个容器的内容。

list<int> lt1(4, 2);
list<int> lt2(4, 6);lt1.swap(lt2); // 交换内容cout << "lt1: ";
for (auto e : lt1)
{cout << e << " "; // 输出：6 6 6 6
}
cout << endl;cout << "lt2: ";
for (auto e : lt2)
{cout << e << " "; // 输出：2 2 2 2
}
cout << endl;