C++ STL- list 的使用以及练习

news2024/11/16 0:28:10

0.引言

1. list 介绍

2. list 使用

2.1 构造函数

2.2 list iterator 的使用

3 list capacity

4. list element access

5. list modifiers

6. list 迭代器失效

7. list 与vector 对vector

8. OJ 题讲解

删除链表的倒数第 N 个节点：

0.引言

本篇博客我们将介绍 STL 中 list 的使用，由于list STL 接口函数与之前vector string 类似，我们在这里将不再详细赘述了，通过 OJ 题来练习 list 的实际使用。

1. list 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，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 使用

2.1 构造函数

构造函数：constructor	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

2.2 list iterator 的使用

函数声明	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

这里可以将将迭代器理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点。

(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

3 list capacity

函数声明	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

4. list element access

函数声明	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

5. list modifiers

函数声明	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

6. list 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。

int Array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
list<int> l(Array, Array + sizeof(Array) / sizeof(int));

auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
	// erase()接口被执行后，it所指向的节点已被删除，导致it迭代器无效，在下一次使用时，必须重新赋值
	l.erase(it);
	++it;
}

正确写法：

int Array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
list<int> l(Array, Array + sizeof(Array) / sizeof(int));

auto It = l.begin();
while (It != l.end())
{
	// erase()接口被执行后，对It重新赋值
	l.erase(It++); // It = l.erase(It) -- 后置++先使用后自增
}

7. list 与vector 对vector

	vector	list
底层结构	动态顺序表，一段连续空间	带头结点的双向循环链表
随机访问	支持随机访问，访问某个元素效率O(1)	不支持随机访问，访问某个元素效率O(N)
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	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

8. OJ 题讲解

删除链表的倒数第 N 个节点：

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

我们以示例为例来做分析，为完成题目要求，我们只需要将 3 指向 5 即可。

那么我们如何确定倒数第 n 个节点的位置呢？我i们只需要定义两个快慢指针，让快指针先走 n 步，然后再让快慢指针同时走，当快指针走到最后的一个节点时，那么慢指针指向的位置即为倒数第 n-1 个位置，刚好方便删除操作，最后为了方便返回头节点，我们可以提前开辟一个哨兵位，哨兵位指向头节点即可。

接着我们来看代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) 
    {
         ListNode* sentinel = new ListNode(0);  
         sentinel->next = head;
         ListNode* slow = sentinel;
         ListNode* fast = sentinel;
         while(n--)
            fast = fast->next;

         while(fast->next)
         {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
         }
         slow->next = slow->next->next;

         return sentinel->next;  
    }
};