​🌠 作者：@阿亮joy.
🎆专栏：《吃透西嘎嘎》
🎇 座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根

👉list 的介绍👈

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 的底层是带头双向链表结构，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）
   
   

👉list 的使用👈

list 中的函数接口比较多，我们只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展
的能力。以下为 list 中一些常见的函数接口。

list 的构造

构造函数（ constructor）	接口说明
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

代码演示

// list的构造
void TestList1()
{
    list<int> l1;                         // 构造空的l1
    list<int> l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
    list<int> l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
    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 };
    list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    // 列表格式初始化C++11
    list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };

    // 用迭代器方式打印l5中的元素
    list<int>::iterator it = l5.begin();
    while (it != l5.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }       
    cout << endl;

    // C++11范围for的方式遍历
    for (auto& e : l5)
        cout << e << " ";

    cout << endl;
}

迭代器的使用

大家可暂时将迭代器理解成一个指针，该指针指向 list 中的某个节点。等模拟实现 list 时，我再来给大家讲解。

函数声明	接口说明
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

注意：

• begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
• 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

代码演示

void TestList2()
{
    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
    // list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法
    auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法
    while (it != l.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
    // list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
    auto rit = l.rbegin();
    while (rit != l.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

容量相关的接口

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

注：list 没有 reserve 的函数接口了，因为 list 可以按需申请和释放空间。而 resize 函数接口也不经常使用。

front 和 back

函数声明	接口说明
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

修改 list 的相关接口

函数声明	接口说明
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

代码演示

void PrintList(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;
}

void TestList3()
{
    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);
    
    cout << L.size() << endl;
    cout << L.front() << endl;
    cout << L.back() << endl;
}

如果 list 中没有元素还继续 pop 的话，会报出断言错误。

// insert /erase 
void TestList4()
{
    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);
    // 插入元素后，pos不会失效

    // 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 TestList5()
{
    // 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
    list<int> l2;
    l1.swap(l2);
    PrintList(l1);
    PrintList(l2);

    // 将l2中的元素清空
    l2.clear();
    cout << l2.size() << endl;
}

list 的迭代器失效

前面说过，此处大家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。

错误的代码

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 TestListIterator2()
{
    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);
    }
    
    for (auto e : l)
    {
        cout << e << ' ';
    }
    cout << endl;
}

注：插入元素，迭代器pos并不会失效，而删除元素后，pos会失效。

Operations

remove

remove 相当于 find + erase，如果想要删除的元素不错在，也不会报错。

void TestList6()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);

	lt.remove(3);

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

sort

void TestList7()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(5);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(6);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(0);

	lt.sort();
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

算法库不是用排序函数吗，为什么 list 还要自己实现一个 sort 函数呢？这就要知道迭代器的分类了。

迭代器的分类
1.单向 只能++
2.双向 可以++和--
3.随机 可以++ -- + -

算法库中的 sort 函数是快速排序，需要支持随机访问和指针相减，否则三数取中无法支持。而 list 中的节点地址是随机的，无法通过指针相减来得到元素的个数。所以，需要为 list 单独设计一个 sort 函数。注：list 的 sort 函数是用归并排序实现的。

排序性能的比较

vecor 和 list 的比较

// N个数据需要排序，vector+ 算法sort  list+ sort
void Test()
{
	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();
		v.push_back(e);
		//lt1.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);
}

先用 vector 排序后，再将数据拷贝回 list 中

// N个数据需要排序，vector+ 算法sort  list+ sort
void Test()
{
	srand(time(0));
	const int N = 1000000;
	vector<int> v;
	v.reserve(N);

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

	// 拷贝到vector排序，排完以后再拷贝回来
	int begin1 = clock();
	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("vector sort:%d\n", end1 - begin1);
	printf("list sort:%d\n", end2 - begin2);
}

list 的排序总体来说还是比 vector 的排序要慢得，所以个人不太推荐使用 list 的进行排序。

unique

unique 是一个去重函数，该函数需要在排完序后才能够使用。

void TestList8()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(5);
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(6);
	lt.push_back(4);
	lt.push_back(0);
	
	// 先排序，才能去重
	lt.sort();
	lt.unique();
	//sort(lt.begin(), lt.end());
	for (auto e : lt)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

splice

splice 可以将链表中的节点转移到另一个链表中。

void TestList9()
{
	list<int> lt1;
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(1);
	lt1.push_back(1);

	list<int> lt2;
	lt2.push_back(2);
	lt2.push_back(3);
	lt2.push_back(4);
	lt2.push_back(5);

	lt1.splice(lt1.end(), lt2);
	for (auto e : lt1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << lt1.size() << endl;
	cout << lt2.size() << endl;

}

👉vector 和 list 的对比👈

			vector				list
--------------------------------------------			
底层结构		动态顺序表，一段		带哨兵位头节点
			连续的空间			的双向循环链表
--------------------------------------------
随机访问		支持随机访问，访		不支持随机访问，
			问某个元素效率O(1)	访问某个元素效率O(N)
--------------------------------------------
插入和删除    任意位置插入和删除		任意位置插入和删除
			效率低，需要搬移元素，	效率高，不需搬移元
			时间复杂度为O(N)，	素，时间复杂度为O(1)
			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
--------------------------------------------
空间利用率   底层为连续空间，不容	底层节点动态开辟，
		   易造成内存碎片，空间	小节点容易造成内
		   利用率高，缓存利用率	存碎片，空间利用率
		   高			  	    低，缓存利用率低
--------------------------------------------
迭代器失效   在插入元素时，要给所	插入元素不会导致迭
		   有的迭代器重新赋值，	代器失效，删除元素
		   因为插入元素有可能		时，只会导致当前迭
		   会导致重新扩容，致使	代器失效，不会影响
		   原来迭代器失效，删除	其他迭代器
		   时，当前迭代器需要重
		   新赋值否则也会失效
--------------------------------------------	
使用场景    需要高效存储，支持随		大量插入和删除操作，
		   机访问，不关心插入删	不关心随机访问
		   除效率	   

👉总结👈

本篇博客主要介绍了 list 的常用的函数接口，难度不是很大。那么以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家！💖💝❣️