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13 选 list 还是 vector？C++ STL list 扩容 / 迭代器失效问题 + 模拟实现，对比后再做选择

news 2025/9/2 5:57:08

1 list 类

1.1 底层数据结构--双向循环链表

环形结构‌：

链表的头尾通过一个‌不存储数据的哨兵节点‌连接形成环形
哨兵节点的 next 指向第一个实际节点
哨兵节点的 prev 指向最后一个实际节点
最后一个节点的 next 指向哨兵节点
第一个节点的 prev 指向哨兵节点

1.2 构造函数的底层行为--都先创建一个哨兵位节点

void empty_init()
{_head = new Node;//new自定义类型，自定义类型会调用默认构造函数创建哨兵位节点_head->_prev = _head;//前驱指针指向自己_head->_next = _head;//后驱指针指向自己_size = 0;
}
list() 
{empty_init();
}

1.3 list iterator的使用

只支持顺序遍历，不支持随机访问---地址加偏移量来访问因为底层结构是链式的，一个一个节点分开的。

begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
rbegin(end)与rend(begin)为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

1.4 list的迭代器失效

前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头结点的双向循环链表，因此在list中进行插入时是不会导致list的迭代器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭 代器，其他迭代器不会受到影响。

void TestListIterator1()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给其赋值l.erase(it); ++it;}
}
// 改正
void TestListIterator()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));auto it = l.begin();while (it != l.end()){l.erase(it++);   // it = l.erase(it);}
}

1.5 list与vector的对比

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下：

vector	list
底层结构	动态顺序表，一段连续空间 ,物理和逻辑上都是连续的	带头结点的双向循环链表，逻辑上连续，物理上不连续
随机访问	支持随机访问，访问某个元素效率O(1)，地址加偏移量直接访问。	不支持随机访问，访问某个元素效率O(N)，只能从头节点开始遍历查找
插入和删除	任意位置插入和删除效率低，需要搬移元素，时间复杂度为O(N)，插入时有可能需要增容，增容：开辟新空间，拷贝元素，释放旧空间，导致效率更低	任意位置插入和删除效率高，不需要搬移元素，时间复杂度为O(1)
空间利用率	底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高	底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低
迭代器	原生态指针，指针类型	对原生态指针(节点指针)进行封装
迭代器失效	在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，致使原来迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否则会失效	插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响
使用场景	需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率	大量插入和删除操作，不关心随机访问2