【C++】list 容器操作

0. 官方文档

https://cplusplus.com/r eference/list/list/?kw=list

1. list 介绍

list 就是为了解决 vector 的缺陷出现的。

vector 缺陷：

1. 头部和中部的插入删除效率低。O(N)，因为需要挪动数据。

2. 插入数据空间不够需要增容，增容需要开新空间，拷贝数据，释放旧空间，会付出很大代价。

list 优点：

1. list 头部、中间插入不再需要挪动数据，效率高。O(1)

2. list 插入数据是新增节点，不需要扩容。

list 缺点：

1. 不支持随机访问。

所以实际使用中 vector 和 list 是相辅相成的两个容器。

2. list 的迭代器

从支持的操作接口的角度分迭代器的类型：

• 单向（forward_list）

• 双向（list）

• 随机（vector）

从使用的场景的角度分迭代器的类型：

• 正向迭代器

• 反向迭代器

• const迭代器

【注意】

1. begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

2. rbegin与rend为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

迭代器的使用

正向、反向、const 迭代器

/* 迭代器 */
void test_list1()
{list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);lt1.push_front(0);lt1.push_front(-1);lt1.push_front(-2);lt1.push_front(-3);// 正向普通迭代器遍历list<int>::iterator it1 = lt1.begin();while (it1 != lt1.end()){cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;list<int> lt2(lt1);        // 拷贝构造print_list(lt2);        // const 迭代器list<int> lt3;lt3.push_back(10);lt3.push_back(20);lt3.push_back(30);lt3.push_back(40);lt1 = lt3;// 只要一个容器支持迭代器，旧可以使用范围for的操作for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;// 反向迭代器list<int>::reverse_iterator rit = lt1.rbegin();while (rit != lt1.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

头插头删，尾插尾删

/* 头插头删，尾插尾删 */
void test_list2()
{// 头插与尾插list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_front(0);lt1.push_front(-1);print_list(lt1);// 尾删lt1.pop_back();// 头删lt1.pop_front();print_list(lt1);
}

任意位置的插入删除

/* 任意位置的插入删除 */
void test_list3()
{list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);lt1.push_back(3);lt1.push_back(4);print_list(lt1);// find 函数的查找范围是左闭右开的，[first, last)list<int>::iterator pos = find(lt1.begin(), lt1.end(), 3);if (pos != lt1.end())        // 一定要判断，不然找不到会直接尾插{lt1.insert(pos, 30);        // 在 3 的前面插入// 与vector不同，这里的 insert 并不会使 pos 迭代器失效lt1.erase(pos);        // 删除 3}print_list(lt1);
}

链表排序（不实用，不推荐）

/* 链表排序（不实用，不建议） */
void test_list4()
{list<int> lt1;lt1.push_back(4);lt1.push_back(2);lt1.push_back(5);lt1.push_back(1);lt1.sort();        // 排序for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;lt1.reverse();        // 逆置for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

erase 导致迭代器失效问题

void test_list5()
{list<int> lt1;lt1.push_back(4);lt1.push_back(2);lt1.push_back(5);lt1.push_back(1);lt1.push_back(6);lt1.push_back(3);// 删除其中所有偶数list<int>::iterator it = lt1.begin();while (it != lt1.end()){if (*it % 2 == 0){lt1.erase(it);        // 删除后 it 迭代器失效}// 无法++，会报错无法进行递加操作++it;}print_list(lt1);
}

修改一下关键代码：

// 删除其中所有偶数
list<int>::iterator it = lt1.begin();
while (it != lt1.end())
{if (*it % 2 == 0){it = lt1.erase(it);        }else{++it;}
}

迭代器源码实现（简化版本）

下图中上半部分是 vector 的迭代器，下半部分是 list 的迭代器。

        vector 是一段连续的空间，所以可以直接把迭代器定义为类型的指针：

typedef T value_type;
typedef value_type* iterator;

        当我们 ++iterator 时，迭代器可以直接往下走到下一个元素。

        但是链表是非连续空间，是由一个个节点链接而成的，如果我们需要++迭代器来获得链表中的下一个元素，就不能简单把迭代器定义为类型的指针。要解决这个问题，我们可以用一个类型去封装节点的指针构成一个自定义类型，然后重载*、++等运算符，就可以达到我们想要的效果。