链表和数组和列表的区别

在C++中，数组（Array）、**链表（LinkedList）和列表（List，通常指std::list或std::vector）**是常用的数据结构，但它们的实现和特性有很大区别。下面我将详细解释它们的区别，并用表格总结。

---

1. 数组（Array）

数组是一种连续内存存储的静态数据结构，大小固定，支持随机访问。

C++ 示例

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 静态数组
std::array<int, 5> stdArr = {1, 2, 3, 4, 5};  // C++11 std::array

特点：

• 内存连续，访问速度快（O(1)）。
• 大小固定，不能动态增长。
• 插入/删除效率低（需要移动元素，O(n)）。

---

2. 链表（LinkedList）

链表是一种非连续内存存储的动态数据结构，通过指针连接节点，支持高效插入/删除。

C++ 示例（单链表）

struct Node {int data;Node* next;
};Node* head = new Node{1, new Node{2, new Node{3, nullptr}}};

特点：

• 内存不连续，访问需要遍历（O(n)）。
• 动态大小，可以随时增删节点。
• 插入/删除高效（O(1)，如果已知位置）。

---

3. 列表（List / Vector）

在C++中，std::list（双向链表）和std::vector（动态数组）是两种不同的“列表”实现：

(1) std::vector（动态数组）

#include <vector>
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

特点：

• 底层是动态数组，内存连续，支持随机访问（O(1)）。
• 自动扩容（但扩容时可能涉及数据拷贝）。
• 尾部插入/删除高效（O(1)），中间/头部操作较慢（O(n)）。

(2) std::list（双向链表）

#include <list>
std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};

特点：

• 底层是双向链表，内存不连续，不支持随机访问（O(n)）。
• 任意位置插入/删除高效（O(1)）。
• 占用更多内存（存储前后指针）。

---

4. 三者的对比（表格总结）

特性	数组（Array）	链表（LinkedList）	std::vector	std::list
内存布局	连续内存	非连续内存（指针连接）	连续内存（动态）	非连续内存（双向链表）
访问方式	随机访问（O(1)）	顺序访问（O(n)）	随机访问（O(1)）	顺序访问（O(n)）
插入/删除效率	O(n)（需移动元素）	O(1)（已知位置）	尾部O(1)，中间O(n)	O(1)（任意位置）
动态扩容	不支持	支持	支持（自动扩容）	支持
内存开销	最小（仅数据）	较大（存储指针）	较小（可能预留空间）	较大（前后指针）
C++标准库实现	std::array	需手动实现或std::list	std::vector	std::list

---

5. 如何选择？

• 需要快速随机访问？ → std::vector（动态数组）。
• 频繁在中间插入/删除？ → std::list（链表）。
• 固定大小且需高性能？ → 原生数组或std::array。