【C++】list简单介绍

news2024/10/5 19:18:22

list基本功能介绍

- 前言
- 正式开始
- - 构造函数
  - push_back
  - iterator
  - push_front
  - insert
  - erase
  - splice
  - remove
  - unique
  - reverse
  - sort
  - merge

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前言

本篇不会讲太多细节，就说一下STL库中一些函数的基本用法，如果想要了解细节上的东西的话，建议看我string的介绍：string介绍

还是照着cplusplus的那个网站中的内容讲：STL -> list

正式开始

STL库中的链表是一个带头双向循环链表。也是存取元素最方便的链表。我前面也用C语言实现过这个带头双向循环链表，但是实现的话肯定是没有 C++ 的实现起来更加方便的，模拟实现的话，下一篇博客再说。

链表节点什么的基本概念就不说了，直接讲库中的函数接口。

构造函数

老样子，STL库中各个容器的实现都是有很多相似的地方的。
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就还是那几样。无参的、n个val的、迭代区间的、拷贝构造。

再说析构，没啥好讲的，就是生命周期结束自动调用，释放空间。

然后说个常用的：push_back

push_back

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尾插。直接上例子：

数据有了，看看怎么遍历。

iterator

和前面vector不同的是，list不是连续的空间了，所以不能支持简单的[ ]重载来进行任意位置的访问。所以我们此处想要遍历list的话，就只能用迭代器了。

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或者是范围for，但是底层也是迭代器。

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但是要注意，范围for中只是简单的赋值操作，可能会出现深拷贝的情况导致开销很大，这时如果我们不需要改变list中节点内容的话，尽量传const + 引用。

也可用迭代器修改。

list也有rbegin、rend还有const的。用法都和前面的string和vector一样。和这两个不一样的是list有push_front和pop_front。

push_front

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空间不连续，尽管是头插，时间复杂度也是O(1)，因为不需要挪动数据。

再说insert和erase。

insert

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参数：(pos, val) 、(pos, n, val) 、(pos, first, last)这三样。

还是老样子，用的时候需要用find。
find用的时候还是迭代器区间，要找的值。
用完find后要判断是否找到。

直接上例子：
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这里要注意一点，list的insert不存在迭代器失效的问题，因为list空间是不连续的，在某一结点前插入一个节点，原节点的地址是不会改变的。
所以我们可以多次在同一位置插入。

但是erase会出现迭代器失效的问题。

erase

先看一个正常的例子：
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再说一个不正常的例子：

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这里连续两次释放了同一块空间，但是因为list空间不连续，删除一个节点后其他节点的地址是不会变的，所以没有其他节点顶替这个被删除的节点。不像string和vector那样会有其他元素顶替上来。所以说删除了之后不就能再对这个节点进行任何操作了，不然就是非法访问。

看：
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出错了。

然后剩下的那些基本函数别的容器中也有，就不说了。
说一下list自带的。
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上面这几个函数了解就好，不需要死记，用的时候再查一下就好了。

splice

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这个函数功能是转移数据，将一个链表中的数据转给另一个链表。
(pos, x)，这个是把链表x中的数据转移到当前量表中的pos位置之前。
(pos, x, i)，把x中第i位置处的元素转移在pos之前。
(pos, x, first, last)，把x中[first, last)的元素转移到pos前。

注意，转移后x中对应的元素会消失。

就直接看官网中给的例子吧：
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remove

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除去list中的元素，看我圈红的部分，remove会把list中所有值为val的节点都删去。

例子：
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unique

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这个函数就是去重的功能。但是不是全部去重。而是将相连位置的元素去重，留下一个元素。

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所以说，如果不考虑结果的元素顺序并且想要将所有重复元素去处的话，我们可以先排序，再用unique。

reverse

这个函数是list自带的。
这里带头双向循环链表，逆置的话，只需要依次遍历最左边和最右边，两边交换数值，就可实现逆置，不需要改链表的每个节点的指针指向。
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也可以用算法库中的逆置，但是二者的实现原理是不一样的。

我这里测试1000000个数的逆置，结果如下：
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所以说，还是用自带的reverse好。

sort

库中也有个sort，这里也有个sort。
但是二者效率不一样。

算法库中sort只能对连续空间的元素进行排序。因为sort底层用的是快排，有三数取中的优化，但是三数去中需要我们能够找到中间的值，而list想要找到中间值的话会非常麻烦，效率就会大大降低，但是若快排没有三数去中的话，当元素已经有序时，就会出大问题，时间复杂度会直接变为N^2的。

所以链表不能用算法库中的sort，只能用list提供的sort，而list提供的sort底层用的是归并排序。

N个数据需要排序，vector + 算法库中的sort快，还是list + 自带的sort快？
答案是vector + 算法库中的sort快。

我们用代码测试一下：（用release版）

void test_op()
{
	srand(time(0));
	const int N = 100000;
	vector<int> v;
	v.reserve(N);
	
	list<int> lt2;

	for (int i = 0; i < N; ++i)
	{
		auto e = rand();
		v.push_back(e);
		lt2.push_back(e);
	}

	int begin1 = clock();
	sort(v.begin(), v.end());
	int end1 = clock();

	int begin2 = clock();
	lt2.sort();
	int end2 = clock();

	printf("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}

一百万个数：
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可以看到vector + 算法库的sort速度还是比较快的。

现在我们用两个相同的list，一个用自带的sort，一个将所有的数拷贝到vector中再用拷贝后的vector加上算法库中的sort来排序，然后再把vector中的数拷贝到list中。

测试代码如下：

void test_op()
{
	srand(time(0));
	const int N = 100000;
	vector<int> v;
	v.reserve(N);

	list<int> lt1;
	list<int> lt2;

	for (int i = 0; i < N; ++i)
	{
		auto e = rand();
		lt1.push_back(e);
		lt2.push_back(e);
	}


	int begin1 = clock();
	// 拷贝到vector排序，排完以后再拷贝回来
	for (auto e : lt1)
	{
		v.push_back(e);
	}
	sort(v.begin(), v.end());
	size_t i = 0;
	for (auto& e : lt1)
	{
		e = v[i++];
	}
	int end1 = clock();

	int begin2 = clock();
	lt2.sort();
	int end2 = clock();

	printf("copy vector sort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}