【C++指南】STL list容器完全解读（一）：从入门到掌握基础操作

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一、初识list容器

1.1 什么是list？

在C++标准模板库（STL）中，list是一个基于双向链表实现的序列容器。它允许在任意位置进行高效插入和删除操作，时间复杂度为O(1)。与vector不同，list不保证元素在内存中的连续存储，因此不支持随机访问。

1.2 核心特性

• 双向链表结构：每个元素包含指向前后节点的指针
• 动态内存分配：元素按需分配内存
• 高效插入删除：无需移动其他元素
• 迭代器稳定性：插入删除操作不会使已有迭代器失效（除被删除元素）

1.3 典型应用场景

• 需要频繁在首尾之外的位置插入/删除元素
• 元素体积较大，避免vector扩容时的拷贝开销
• 需要维护元素的插入顺序
• 需要合并、拆分链表等特殊操作

二、核心成员函数

2.1 默认成员函数

构造函数的重载版本

函数	功能描述	示例
默认构造函数	创建空list	list<int> lst1;
填充构造函数	创建包含n个元素的list	list<char> lst2(5);
拷贝构造函数	复制另一个list的内容	list<int> lst3(lst2);
移动构造函数(C++11)	转移另一个list的资源	list<int> lst4(move(lst3));
析构函数	自动释放内存（通常无需手动调用）	lst1.~list();
拷贝赋值运算符	深拷贝赋值操作	lst2 = lst1;
移动赋值运算符(C++11)	高效转移资源赋值操作	lst3 = move(lst2);

// 初始化列表构造（C++11）
list<string> fruits {"apple", "banana", "cherry"};

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三、迭代器操作

3.1 基础迭代器

函数	功能	示例
begin()	返回指向第一个元素的迭代器	auto it = lst.begin();
end()	返回末尾哨兵迭代器	while(it != lst.end())
rbegin()	返回反向起始迭代器	auto rit = lst.rbegin();
rend()	返回反向结束迭代器	for(; rit != lst.rend();)

3.2 常量迭代器（C++11）

函数	功能	示例
cbegin()	返回不可修改的正向起始迭代器	auto cit = lst.cbegin();
cend()	返回不可修改的正向结束迭代器	if(cit == lst.cend())
crbegin()	返回不可修改的反向起始迭代器	auto crit = lst.crbegin();
crend()	返回不可修改的反向结束迭代器	while(crit != lst.crend())

list<int> nums {1,2,3};
// 正向遍历
for(auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {cout << *it << " ";  // 输出：1 2 3
}

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四、容量与访问操作

4.1 容量查询

函数	功能	示例
size()	返回元素数量	if(lst.size() > 5)
empty()	判断容器是否为空	while(!lst.empty())

4.2 元素访问

函数	功能	示例
front()	访问首元素（可修改）	lst.front() = 10;
back()	访问尾元素（可修改）	cout << lst.back();

list<double> temps {36.5, 37.1, 38.0};
temps.front() = 35.9;  // 修改首元素
cout << "当前体温：" << temps.back();  // 输出38.0

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五、修改操作详解

5.1 基础修改函数

函数	功能	示例
push_front(val)	头部插入元素	lst.push_front(0);
emplace_front(args)	头部直接构造元素	lst.emplace_front("test");
pop_front()	删除头部元素	lst.pop_front();
push_back(val)	尾部插入元素	lst.push_back(100);
emplace_back(args)	尾部直接构造元素	lst.emplace_back(1,2);
pop_back()	删除尾部元素	lst.pop_back();
clear()	清空所有元素	lst.clear();

push_back vs emplace_back：

class Student {
public:Student(int id, string name) : id(id), name(name) {}
private:int id;string name;
};list<Student> roster;
roster.push_back(Student(101, "Alice"));  // 构造临时对象+拷贝
roster.emplace_back(102, "Bob");         // 直接构造（高效）

5.2 高级修改操作

函数	功能	示例
assign(n, val)	用n个val替换内容	lst.assign(5, 0);
assign(beg, end)	用迭代器范围替换内容	lst.assign(vec.begin(), vec.end());
swap(other)	交换两个list的内容	lst1.swap(lst2);
resize(n)	调整元素数量	lst.resize(10);
resize(n, val)	调整数量并用val填充新增元素	lst.resize(15, -1);

list<int> nums;
nums.assign({1,2,3});       // 内容变为[1,2,3]
nums.resize(5);             // 变为[1,2,3,0,0]
nums.resize(3);             // 截断为[1,2,3]

5.3 插入与删除

insert重载版本

iterator insert(iterator pos, const T& val);  // 单元素插入
void insert(iterator pos, size_t n, const T& val); // 批量插入
void insert(iterator pos, InputIt first, InputIt last); // 范围插入

erase操作

iterator erase(iterator pos);                 // 删除单个元素
iterator erase(iterator first, iterator last); // 删除区间元素

示例：

list<int> data {10,20,30};
auto it = data.begin();
advance(it, 1);data.insert(it, 15);        // [10,15,20,30]
data.insert(it, 2, 18);     // [10,15,18,18,20,30]
vector<int> tmp {25,35};
data.insert(data.end(), tmp.begin(), tmp.end()); // 末尾追加data.erase(it);             // 删除第二个18

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六、特殊成员函数

6.1 条件操作

函数	功能	示例
remove(val)	删除所有等于val的元素	lst.remove(5);
remove_if(pred)	删除满足条件的元素	lst.remove_if([](int n){ return n%2==0; });

list<int> nums {1,2,3,2,5};
nums.remove(2);  // 删除所有2 → [1,3,5]
nums.remove_if([](int x){ return x>3; }); // → [1,3]

6.2 链表特有操作

函数	功能	示例
unique()	删除连续重复元素	lst.unique();
merge(other)	合并有序链表	lst1.merge(lst2);
sort()	排序元素（升序）	lst.sort();
splice(pos, other)	转移另一个链表的元素	lst1.splice(it, lst2);

list<int> a {1,3,5}, b {2,4,6};
a.merge(b);       // a变为[1,2,3,4,5,6], b为空
a.sort();         // 排序（若未有序）list<int> x {10,20}, y {30,40};
auto pos = x.begin();
x.splice(pos, y); // x变为[30,40,10,20], y为空

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七、总结与进阶

本文详细介绍了C++ list容器的基本特性和使用方法。通过大量的代码示例，我们学习了如何正确使用list进行元素的增删改查操作。list作为STL中重要的序列式容器，其独特的链表结构使其在特定场景下具有不可替代的优势。

在接下来的系列文章中，我们将深入探讨：

• list的高级应用技巧
• list在实际项目中的最佳实践案例

下篇预告：《【C++指南】C++ list容器完全解读（二）：list模拟实现，底层架构揭秘》，我们将通过剖析STL源码实现，带你理解list的底层工作机制