STL之list
1.什么是list
list文档(所有接口的介绍与使用方法)
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)
2. list的基本使用
2.1.list的构造(创建)
// 构造list
#include <iostream>
#include <list> // 在头文件list中
int main ()
{
std::list<int> l1; // 构造空的l1
std::list<int> l2 (4,100); // l2中放4个值为100的元素
std::list<int> l3 (l2.begin(), l2.end());
// 用l2的[begin(), end())左闭右开的区间构造l3
std::list<int> l4 (l3); // 用l3拷贝构造l4
// 以数组为迭代器区间构造l5
int array[] = {16,2,77,29};
std::list<int> l5 (array, array + sizeof(array) / sizeof(int) );
// 用迭代器方式打印l5中的元素
for(std::list<int>::iterator it = l5.begin(); it != l5.end(); it++)
std::cout << *it << " ";
std::cout<<endl;
// C++11范围for的方式遍历
for(auto& e : l5)
std::cout<< e << " ";
std::cout<<endl;
return 0;
}
2.2. list iterator的使用
如下图所示
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
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
void print_list(const list<int>& l)
{
// 注意这里调用的是list的 begin() const,返回list的const_iterator对象
for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10; 编译不通过
}
cout << endl;
}
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 使用正向迭代器正向list中的元素
for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
cout << *it << " ";
cout << endl;
// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
for (list<int>::reverse_iterator it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it)
cout << *it << " ";
cout << endl;
return 0;
}
2.3. list的增删查改
2.3.1. 增
1. 使用函数push_front() 头插
2. 使用函数push_back() 尾插
3. 使用函数insert在position位置中插入值为val的元素
2.3.2. 删
1. 使用函数pop_front()
2. 使用函数pop_back() 尾删
3. 使用函数erase删除position位置的元素
4. 使用函数clear清空list中的有效元素
2.3.3. 查
使用函数find查找(注意这个是算法模块实现,不是list的成员接口)
2.3.4. 改
1. 利用迭代器对list元素进行修改
2. 使用swap交换两个元素
2.5. 代码示例
#include <iostream>
#include <list>
void PrintList(list<int>& l)
{
for (auto& e : l)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
//=================================================================
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void Test_List1()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
// 在list的尾部插入4,头部插入0
L.push_back(4);
L.push_front(0);
PrintList(L);
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
PrintList(L);
}
//================================================================
// insert /erase
void Test_List2()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array1, array1+sizeof(array1)/sizeof(array1[0]));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
PrintList(L);
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
PrintList(L);
// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
vector<int> v{ 7, 8, 9 };
L.insert(pos, v.begin(), v.end());
PrintList(L);
// 删除pos位置上的元素
L.erase(pos);
PrintList(L);
// 删除list中[begin, end)区间中的元素,即删除list中的所有元素
L.erase(L.begin(), L.end());
PrintList(L);
}
//=================================================================
// resize/swap/clear
void Test_List3()
{
// 用数组来构造list
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> l1(array1, array1+sizeof(array1)/sizeof(array1[0]));
PrintList(l1);
// 交换l1和l2中的元素
l1.swap(l2);
PrintList(l1);
PrintList(l2);
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
cout<<l2.size()<<endl;
}
int main()
{
Test_List1();
Test_List2();
Test_List3();
return 0;
}
3.list的迭代器失效
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);
}
}
4. 4. list的模拟实现
5. list的优缺点
5.1. 优点
1. list的头部、中间插入不需要挪动数据,效率较高,均为O(1)。
2. list插入数据是新增节点,不需要扩容。因此节省了空间。
5.2. 缺点
1. 不支持随机访问,即不支持[ ] 操作符和list.at() ;
2. 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
因此,在实际使用中,vector与list相辅相成。若需要高效存储,支持随机访问,不关心插入删除效率选用vector;若需要大量插入和删除操作,不关心随机访问选用list。可以根据实际情况来灵活运用vector与list。