CPP中的List

一.list的介绍：

  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，带有哨兵位的头结点 。

  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.由于底层是链表结构，list通常在任意位置进行插入，删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)

  6.在list这个容器里面，是不支持[]等操作的。

list的底层：（双向带头循环链表）

二.list的使用：

1.list的构造：

（1）empty container constructor (default constructor)：构造空的list。

list<int> mylist;

（2） fill constructor：构造一个有n个元素的链表，每个元素的值都是val。

list<int> list4(10, 1);
for (auto e : list4) {cout << e << " ";
}
//如上代码就成功构造了一个有10个1的链表

（3） range constructor：使其元素数量与区间 [first,last) 内的元素数量相同，并且每个元素都是根据该区间内对应位置的元素原位构造（emplace-constructed）而成，保持相同的顺序。

vector<int> t1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
int a[] = { 1,2,3,4 };
list<int> list2(t1.begin(), t1.end());
list<int> list3(a, a + 4);
//值得关注的是，要求传递的是迭代器，但是也可以传数组的指针

（4）copy constructor (and copying with allocator)：拷贝构造。(同其他的容器一模一样，不多介绍如何使用)

（5）暂时不介绍，后面再介绍。

（6）initializer list constructor：简单点来说就是把想存进list的值全部用一个花括号括起来，每个值用逗号分隔开，然后用这些值构造一个list。

list<int> list1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };

2.capacity：

其中max_size其实用的不多，这点在vector里面也一样，上面两个和其他容器的用法一模一样。

3.element access:

这两个函数返回的分别是链表的第一个元素和最后一个元素。

4.Modifiers:

 （挑一些特殊和重要的讲不讲的和其他容器使用差不多）

（1）assign：在 C++ 标准库中，std::list 的 assign() 方法用于替换链表中的所有元素，支持多种赋值方式。它会清空原链表，再将新元素赋值给链表。

list<int> numbers;
numbers.assign(3, 100);

 std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4};std::list<int> numbers;numbers.assign(src.begin(), src.end()); // 链表变为 {1, 2, 3, 4}

 std::list<char> chars;chars.assign({'a', 'b', 'c'}); // 链表变为 {'a', 'b', 'c'}

（2）emplace_front：在链表的首部直接构造一个新元素，跟push_front的功能差不多，但是二者的效率可能会有一些不同。

（3）insert:提供了很多不同的版本：

分别举例:

int main ()
{std::list<int> mylist;std::list<int>::iterator it;// set some initial values:for (int i=1; i<=5; ++i) mylist.push_back(i); // 1 2 3 4 5it = mylist.begin();++it;       // it points now to number 2           ^mylist.insert (it,10);                        // 1 10 2 3 4 5//在pos位置insert一个val// "it" still points to number 2                      ^mylist.insert (it,2,20);                      // 1 10 20 20 2 3 4 5//在pos位置insert指定数目的val--it;       // it points now to the second 20            ^std::vector<int> myvector (2,30);mylist.insert (it,myvector.begin(),myvector.end());// 1 10 20 30 30 20 2 3 4 5//在pos位置inset一段迭代器区间所对应的值std::cout << "mylist contains:";for (it=mylist.begin(); it!=mylist.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';return 0;
}

list里面的list由于不会扩容，所以没有迭代器失效的问题，但是返回值也是迭代器。

（4）erase：

erase提供了两种方式，在pos位置删除和删除一段迭代器区间。如同vector一样，erase有迭代器失效的效果，所以返回的是pos位置的下一个迭代器位置。

（5）swap：交换两个链表的内容：

int main() {std::list<int> a = {1, 2, 3};std::list<int> b = {4, 5};a.swap(b); // 交换 a 和 b 的内容std::cout << "a: ";for (int x : a) std::cout << x << " "; // 输出: 4 5std::cout << "\nb: ";for (int x : b) std::cout << x << " "; // 输出: 1 2 3
}

5.operations：

（1）splice：

 std::list 的 splice() 方法用于将一个链表的元素转移到另一个链表中，且不会导致元素的复制或移动，而是直接修改链表的内部指针，因此效率极高（时间复杂度为 O (1)）。这个函数用到的地方不是很多，但是后面会有大用处。将一个链表的元素转移到另一个链表中，另一个链表也可以是自己本身。

（2）remove：

  std::list 的 remove() 方法用于删除链表中所有等于特定值的元素。它会遍历整个链表，移除所有匹配的元素，并自动调整链表结构，保持元素间的连续性。需要传递的参数就是要删除的值val

  remove_if就是和上面的作用差不多，但是需要满足一定的条件。

（3）unique：

std::list 的 unique() 方法用于移除链表中相邻的重复元素，只保留其中一个。它会遍历链表，将相邻且值相等的元素压缩为单个元素，从而使链表中的元素唯一（仅针对相邻元素）。

（4）merge：

std::list 的 merge() 方法用于将另一个有序链表合并到当前链表中，合并后当前链表仍保持有序。使用这个函数的前提是，两个链表必须已经按相同顺序排序。

int main() {std::list<int> a = {1, 3, 5};std::list<int> b = {2, 4, 6};// 将 b 合并到 a 中，a 仍保持有序a.merge(b);// 输出: 1 2 3 4 5 6for (int num : a) {std::cout << num << " ";}// b 变为空链表std::cout << "\nb size: " << b.size(); // 输出: 0
}

合并之后被合并的那个链表会变成空的链表。

（5）sort：

由于迭代器类型的原因，sort不能使用<algorithm>头文件里面的sort，所以单独写了一个sort，但是在list里面的这个sort是归并排序，在进行大量数据排序的时候效率并没有算法库里面的sort效率高，因此使用的时候经常将list里面的元素放到vector里面，如何排好序后再assign回list里面。

原因在下面解释。

（6）reverse：

不能使用算法库里面的reverse的原因和sort一样。

三.迭代器类型：

 迭代器有很多种，是根据容器的底层来决定的。inputiterator（输入迭代器），forwarditerator（前向迭代器），bidirectioniterator（双向迭代器），randmaccessiterator（随机访问迭代器）。

 inputiterator迭代器和forwarditerator都是只支持++，*的操作，双向迭代器支持++，--，*的操作，随机迭代器支持不仅支持前面所有的，还支持额外的随机访问，比如+n，> , <, 迭代器之间的减法等操作。

一个容器是否能使用算法库里面的函数，需要看迭代器类型，在前面列举的类型里面，按顺序是包含关系。这是按照迭代器的功能来划分的。

那么为什么list容器不能调用sort函数呢，list容器是双向迭代器，而sort要求的是随机迭代器，所以不能调用，反之，如果有一个随机迭代器的容器，那么它是可以取使用要求是双向迭代器的函数的。

四.补充一些知识：

---->   计算机的存储体系如图所示：

              

     ->平时最关注的就是主存以及本地磁盘。

     ->其中主存是带电的，存储速度很快，没有电就不能存储数据，一旦断电，RAM （主存一般指ram，然后ram又分为dram和sram）中存储的数据就会立即丢失，这就是为什么主存是易失性存储器。而本地磁盘是不带电的，没有电它也可以存储数据，在断电后仍能保存数据，属于非易失性存储器。

    ->我们书写一个顺序表或者链表，它都是存放在主存（也就是通常说的内存）里面的，数据结构就是在内存中对数据进行管理，所以当然是在主存上的。我们对顺序表，链表的数据进行遍历和修改的时候，是cpu来完成的，但是cpu是不能直接访问内存的，形象一点说，这是因为它太“快”了，而它觉得内存太慢了。这时候就有一个cpu高速缓存的概念了：      

cpu的机制是这样的，比如说我要访问一个指针，cpu先进缓存，如果这个指针在缓存里面，那么就叫做“命中”，这样cpu就可以直接访问了。如果“不命中”的情况下，内存的数据（当然不可能是内存的全部数据）会先进入缓存里面，然后再让cpu去“命中”。在这样的条件下就有一个缓存命中率的概念产生，对于顺序表和链表先说结论就是顺序表的缓存命中率高，而链表的缓存命中率低。内存在把数据给缓存的时候，假设要用的数据是4个字节，它就会从内存里面多拿连续的一部分给缓存（这是局部性原理预取相邻的数据的效果，但是具体多取多少，这是又是硬件等多方面因素决定的）。稍微应用一下豆包的话来类比一下这个局部性原理：

由于顺序表的结构优势，使得在上述原理下“命中率”变高，虽然在链表的一个节点的后面会多拿一些数据，但是包含下一个节点的概率不大，所以链表的“命中率低”。

--------取自《深度理解计算机系统》--------。