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C++ list 类的使用

news 2025/10/27 12:08:15

一、list的介绍及使用

1.1 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，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向
其前一个元素和后一个元素。
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. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移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)

1.2 list的使用

list中的接口比较多，此处类似，根据前面所学的string和vector，我们可以进行初步的使用list

void test_list1()
{//创建一个int的list对象，并尾插数据list<int> l1;l1.push_back(34);l1.push_back(31);l1.push_back(32);l1.push_back(35);l1.push_back(38);//遍历（注意：list不能使用[ ]进行访问了，list使用迭代器和范围for遍历）list<int>::iterator it1 = l1.begin();while (it1 != l1.end()){cout << *it1 << endl;++it1;}cout << endl;//范围for遍历for (auto element1 : l1){cout << element1 << " ";}cout << endl;
}

以下为list中一些常见的重要接口：

1.2.1 list的构造

构造函数（ (constructor)）接口说明
list(size_type n, const value_type& val = value_type()) 构造的list中包含n个值为val的元素
list() 构造空的list
list(const list& x) 拷贝构造函数
list(InputIterator ﬁrst, InputIterator last) 用[ﬁrst, last)区间中的元素构造list

1.2.2 list iterator的使用

函数声明接口说明
begin +end 返回第一个元素的迭代器 + 返回最后一个元素下一个位置的迭代器
rbegin +rend 返回第一个元素的reverse_iterator, 即end位置，返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator, 即begin位置

void test_list2()
{list<int> lt;//尾插数据lt.push_back(1);lt.push_back(2);lt.push_back(3);lt.push_back(4);//头插数据lt.push_front(10);lt.push_front(20);lt.push_front(30);lt.push_front(40);//迭代器打印list<int>::iterator it = lt.begin();while (it != lt.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

【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(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

1.2.3 list容器

函数声明接口说明
empty 检测list是否为空，是返回true，否则返回false
size 返回list中有效节点的个数

1.2.4 list 元素接口

函数声明接口说明
front 返回list的第一个节点中值的引用
back 返回list的最后一个节点中值的引用

1.2.5 list增删查改

函数声明接口说明
push_front 在list首元素前插入值为val的元素
pop_front 删除list中第一个元素
push_back 在list尾部插入值为val的元素
pop_back 删除list中最后一个元素
insert 在list position 位置中插入值为val的元素
erase 删除list position位置的元素
swap 交换两个list中的元素
clear 清空list中的有效元素

注意：list和vector都没有提供find了，因为find被直接放到了算法里，通过迭代器实现

void test_list3()
{list<int> lt1;lt1.push_back(3);lt1.push_back(5);lt1.push_back(7);lt1.push_back(9);for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl;//在第三个位置插入一个数字100(insert)//不能像以前vector一样使用迭代器直接插入了list<int>::iterator it = lt1.begin();for (size_t i = 0; i < 3; ++i){++it;}lt1.insert(it, 100);for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl;//用find查找9的位置list<int>::iterator init = lt1.begin();auto pos = find(init, lt1.end(), 9);if (pos != lt1.end()){cout << *pos;//9之前插入30lt1.insert(pos, 30);}for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl;
}

1.2.6 list 操作

函数声明接口说明
reverse 逆置list
sort 对list进行排序
merge 对两个list进行归并
unique 对链表去重（前提是有序）
remove 就是找到这个位置，并删除（相当于find+erase）
splice 把一个list的内容直接转移到另外一个

void test_list4()
{list<int> lt1;lt1.push_back(3);lt1.push_back(67);lt1.push_back(7);lt1.push_back(9);for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl << "逆置后:";reverse(lt1.begin(), lt1.end());for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl;//对list排序只能使用list的sortlt1.sort();for (auto element : lt1){cout << element << " ";}cout << endl;int begin = clock();//由于list的sort效率较低，所以可以把list的数据拷贝到vector排完序在拷贝回去list<int> lt2;vector<int> v;srand((size_t)time(0));int n = 100000;for (size_t i = 0; i < n; i++){lt2.push_back(rand());}//把list产生的数拷贝到vectorfor (auto element : lt2){v.push_back(element);}//排序sort(v.begin(), v.end());//把vector的数据拷贝回listsize_t i = 0;for (auto& element : lt2){element = v[i++];}int end = clock();cout << "sort:" << end - begin << "ms" << endl;int arr[] = { 34,12,34,67 };list<int> lt3(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));lt3.remove(34);lt3.remove(2300);for (auto e : lt3){cout << e << " ";}cout << endl;
}

注意：remove如果没找到也不会报错，只会上面都不做

1.2.7 list的迭代器失效

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，也就是说list下list的insert不会造成迭代器失效，而erase会造成迭代器失效

void test_list5()
{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;//迭代器已经失效}
}