C++容器：list（双向链表）

news2024/9/20 18:35:58

一丶list介绍

C++中的list容器底层确实是以双向链表的形式实现的。

list容器是C++标准模板库（STL）中的一部分，它提供了对列表数据结构的实现。

双向链表结构：list容器的每个元素都是通过指针链接在一起的，每个元素都包含指向前一个和后一个元素的指针。这种双向链表的结构使得在list容器中插入和删除元素时无需移动其他元素，因此这些操作的时间复杂度为O(1)。
内存分配：由于list容器基于双向链表，其元素可以分散存储在内存中，不需要像数组或vector那样连续分配内存空间。这使得list在内存使用上更加灵活，特别适合于需要频繁插入和删除操作的场景。
迭代器稳定性：list容器的迭代器在插入和删除操作中保持稳定性，即使在进行这些操作时，指向其他元素的迭代器也不会失效。

二丶list的使用

C++中list容器提供了多种用于操作列表的函数，使得对元素的插入、删除和访问变得灵活而高效。以下是一些常用的list容器函数：

push_back()：在列表的尾部插入一个新元素。
push_front()：在列表的头部插入一个新元素。
pop_back()：删除列表尾部的元素。
pop_front()：删除列表头部的元素。
size()：返回列表中元素的个数。
empty()：判断列表是否为空，如果为空则返回true，否则返回false。
clear()：清除列表中的所有元素。
erase()：删除列表中的一个或多个元素。
remove()：移除列表中所有等于特定值的元素。
sort()：对列表中的元素进行排序。
reverse()：反转列表中元素的顺序。

#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;
template<class T>
void PrintList(const list<T>& l)  //打印函数
{
	auto it = l.begin();
	while (it != l.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
}
void ListTest()
{
	list<int> l;    //空
	l.push_back(1);   //尾插
	l.push_back(2);
	l.push_back(3);
	PrintList(l);


	list<int> _l(l);  //构造函数重载
	PrintList(_l);
	_l.clear();


	l.push_front(4);  //头插
	l.push_front(5);
	l.push_front(6);
	PrintList(l);


	l.sort();   //排序
	PrintList(l);


	l.pop_back();  //尾删
	l.pop_back();
	PrintList(l);


	l.pop_front();  //头删
	l.pop_front();
	PrintList(l);
}
int main()
{
	ListTest();
	return 0;
}

这些用法其实很简单，主要还是要学会灵活使用。这里要注意一下sort函数，默认是升序函数

底层使用的一般是快速排序算法，然后sort重载了另一个函数，这里的Compare 是用来控制升序或者降序的，称为仿函数

std::list::sort

(1)	
  void sort();

(2)	
template <class Compare>
  void sort (Compare comp);

如下，MyCompare 只重载了运算符（），然后我们自己写了一个sort，调用的是std::sort，std::sort（迭代器1，迭代器2，仿函数），不传仿函数就调用另一个重载函数将迭代器范围内升序排序

struct MyCompare {
    bool operator()(int a, int b) {
        return a > b; // 降序排列
    }
};

template <class ForwardIt, class Compare>
void sort(ForwardIt first, ForwardIt last, Compare comp) {
    // ... 其他代码 ...

    while (first != last) {
        // ... 其他代码 ...

        // 使用comp比较函数对象比较两个元素
        if (comp(*i, *j)) {
            // ... 其他代码 ...
        } else {
            // ... 其他代码 ...
        }

        // ... 其他代码 ...
    }

    // ... 其他代码 ...
}

三丶与vector比较

内存分配：
- vector：在内存中连续存储元素，当需要添加或删除元素时，可能会导致整个容器的内存重新分配。
- list：在内存中非连续存储元素，每个元素都是一个单独的节点，包含数据和指向前后节点的指针。因此，添加或删除元素时，只需要修改相邻节点的指针，不会影响其他元素的内存位置。
访问方式：
- vector：支持随机访问，可以直接通过索引访问任何元素，访问速度快。
- list：不支持随机访问，只能通过迭代器进行顺序访问。
插入和删除操作：
- vector：在尾部插入和删除元素的效率高，因为不需要移动其他元素；而在中间或头部插入和删除元素效率较低，因为需要移动其他元素。
- list：在任何位置插入和删除元素的效率都较高，因为只需要修改相邻节点的指针。
容量和大小：
- vector：有固定的容量，可以容纳的元素数量有限。当超过容量时，会自动扩容，可能会引起内存重新分配和元素移动。
- list：没有固定容量的概念，只要内存允许，可以不断地添加新元素。
性能：
- vector：在内存中连续存储，有利于缓存的利用，因此访问速度较快。但在插入和删除操作时可能需要移动大量元素，效率较低。
- list：在内存中非连续存储，不利于缓存的利用，访问速度较慢。但在插入和删除操作时只需要修改指针，效率较高。