前言

本篇将学习 list 的基础知识

🕺作者： 迷茫的启明星
专栏：《C++初阶》
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持续更新中~

STL之list基础知识

1. list的介绍

list的文档介绍

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)

2. list的使用

2.1 list的构造

构造函数（constructor）	接口功能
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

演示：

void test3()
{
    //构造的list中包含n个值为val的元素
    list<int> l1(10, 6);
    for (auto lt : l1)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl;

    //拷贝构造函数
    list<int> l2(l1);
    for (auto lt : l2)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl;

    //构造空的list
    list<int> l3;

    //用[first, last)区间中的元素构造list
    list<int> l4(l1.begin(), l1.end());
    for (auto lt : l2)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl;
}

输出结果：

2.2 list iterator的使用

迭代器可以理解成一个指针，该指针指向list中的某个节点

函数声明	接口功能
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

【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

演示：

void test4()
{
    //构造的list中包含n个值为val的元素
    list<int> l1;
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        //尾插数据
        l1.push_back(i);
    }
    for (auto lt : l1)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;
    //使用l1的数据正向构造，即正向迭代器
    list<int> l2(l1.begin(),l1.end());
    for (auto lt : l2)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;
    //使用l1的数据反向构造，即反向迭代器
    list<int> l3(l1.rbegin(), l1.rend());
    for (auto lt : l3)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;
}

输出结果：

2.3 空间相关

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

演示：

void test5()
{
    list<int> l1(10, 6);
    //判断l1是否为空，是返回true,否返回false
    cout << l1.empty() << endl;
    //返回l1中有效节点的个数
    cout << l1.size() << endl;
}

输出结果:

2.4 元素访问

函数声明	接口功能
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

演示：

void test6()
{
    list<int> l1;
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        //尾插数据
        l1.push_back(i);
    }
    for (auto lt : l1)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;
    //返回l1的第一个节点的值
    cout << l1.front() << endl;
    //返回l1的最后一个节点的值
    cout << l1.back() << endl;
}

输出结果：

2.5 相关函数

需要注意的是，这里仅展示常用函数及用法

函数声明	接口功能
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

演示：

void test7()
{
    list<int> l1(6,1);
    //在l1首元素前插入值为9的元素
    l1.push_front(9);
    l1.push_front(9);

    //删除l1中第一个元素
    l1.pop_front();

    //在l1尾部插入值为8的元素
    l1.push_back(8);

    //删除l1中最后一个元素
    l1.pop_back();

    //在2位置中插入值为7的元素
    auto it = l1.begin();
    it++;
    l1.insert(it,7);

    //删除位置2的元素
    auto it1 = l1.begin();
    it1++;
    l1.erase(it1);
    
    //交换两个list中的元素
    list<int> l2(6, 2);
    swap(l1, l2);
    for (auto lt : l2)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;

    for (auto lt : l1)
    {
        cout << lt;
    }
    cout << endl << endl;
}

2.6 list的迭代器失效

我们前面说可以将迭代器理解成指针，迭代器失效就是说迭代器所指的节点无效，即该节点被删除了。因为list的底层结构为带头节点的双向循环链表，因此在list中进行插入是不会导致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。

举例说：

void test1()
{
    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;
    }
}

运行情况：

怎么改正呢？

只需要在下一次使用it的时候先给它赋值

void test2()
{
    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++); // 相当于 it = l.erase(it);
    }
}

3. list与vector的对比

vector与list都是STL中非常重要的序列式容器，由于两个容器的底层结构不同，导致其特性以及应用场景不同，其主要不同如下:

	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

后记

这篇主要讲述了 list 的基础知识，包括构造方法及相关函数使用等内容。

感谢大家支持！！！

下篇将讲述 list 的模拟实现。

respect！

下篇见！