C++效率掌握之STL库：list函数全解

DARLING Zero two

发布于 2025-02-20 08:44:24

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本篇是STL库专题之list，本质是一个双向带头循环链表，提供了双向迭代器，可以向前和向后遍历链表。这在一些需要双向操作的算法中非常有用，比如实现回文检查等

1.为什么要学习list？什么是list？

list 是 C++ 标准模板库中的一个容器，它实现了双向链表的数据结构。双向链表由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。在链表的任意位置进行插入和删除操作的时间复杂度都是O(1) 。这使得它在需要频繁插入和删除元素的场景下表现出色，比如实现一个任务调度器，需要不断地添加新任务、移除已完成的任务

list 也是一种很常用的容器，对于链表的处理提供了极大的便利性

list 的主要特征可总结为：

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
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
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
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。
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类对象的常见构造

list作为一个类也有构造函数，析构函数，=运算符重载，我们重点介绍构造函数里的功能

函数名	功能说明
list()	无参构造
list (size_type n, const value_type& val = value_type())	构造并初始化n个val
list (const list& x)	拷贝构造
list (InputIterator first, InputIterator last)	使用迭代器进行初始化构造

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

int main()
{
    list<int> first;                                
    list<int> second(4, 100);                       
    list<int> third(second.begin(), second.end());  
    list<int> fourth(third);                       

    int myints[] = { 16,2,77,29 };
    list<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    cout << "The contents of fifth are: ";
    for (list<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); it++)
    {
        cout << *it << ' ';
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

⌨️代码输出示例：

3.list类对象的容量操作

因为是链表，所以对容量的操作并不需要太多，大部分是通过创建节点并链接实现

函数名	功能说明
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
max_size	返回链表能存储的最多节点个数

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

int main()
{
    list<int> lt;
    cout << "empty:" << lt.empty() << endl;
    cout << "size:" << lt.size() << endl;
    cout << "max_size:" << lt.max_size() << endl;
    return 0;
}

⌨️代码输出示例：

4.list类对象的迭代器

list 的迭代器和 vector 的基本使用方法一致，但是底层的迭代器结构不同，在 list 底层结构剖析有详细的解答

传送门：

函数名	功能说明
begin + end	迭代器：begin 获取开头一个节点 + end 获取最后一个节点下一个位置
rbegin + rend	反向迭代器：rbegin 获取最后一个节点 + end 获取开头一个节点上一个位置
cbegin + cend	和 begin + end 一样，但是常量迭代器只读
crbegin + crend	和 rbegin + rend 一样，但是反向常量迭代器只读

🔥值得注意的是：

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

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

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

	cout << "迭代器:";
	list<int>::iterator it = lt.begin();
	while (it != lt.end())
	{
		cout<< *it << " ";
		++it;
	}
	cout<< endl;

	cout << "反向迭代器:";
	list<int>::reverse_iterator it1 = lt.rbegin();
	while (it1 != lt.rend())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;
}

⌨️代码输出示例：

5.list类对象的元素修改

emplace 的实现涉及 C++11 左值右值的知识，等到后面再拓展

函数名	功能说明
assign	将新的内容赋值给链表
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
resize	将有效数据的个数增加或减少 n 个，多出的空间用默认值，少的截断即可
clear	清空 list 中的有效元素

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

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

	cout << "lt:";
	list<int>::iterator it1 = lt.begin();
	while (it1 != lt.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	lt.assign(4, 0);
	cout << "assign:";
	list<int>::iterator it2 = lt.begin();
	while (it2 != lt.end())
	{
		cout << *it2 << ' ';
		it2++;
	}
	cout << endl;

	lt.push_front(1);
	cout << "push_front:";
	list<int>::iterator it3 = lt.begin();
	while (it3 != lt.end())
	{
		cout << *it3 << ' ';
		it3++;
	}
	cout << endl;

	lt.pop_front();
	cout << "pop_front:";
	list<int>::iterator it4 = lt.begin();
	while (it4 != lt.end())
	{
		cout << *it4 << ' ';
		it4++;
	}
	cout << endl;

	lt.push_back(5);
	cout << "push_back:";
	list<int>::iterator it5 = lt.begin();
	while (it5 != lt.end())
	{
		cout << *it5 << ' ';
		it5++;
	}
	cout << endl;

	lt.pop_back();
	cout << "pop_back:";
	list<int>::iterator it6 = lt.begin();
	while (it6 != lt.end())
	{
		cout << *it6 << ' ';
		it6++;
	}
	cout << endl;

	list<int>::iterator it7 = lt.begin();
	int num1 = 3;
	while (--num1)
	{
		it7++;
	}
	list<int>::iterator pos = it7;
	lt.insert(pos, 3, 1);
	cout << "insert:";
	list<int>::iterator it8 = lt.begin();
	while (it8 != lt.end())
	{
		cout << *it8 << ' ';
		it8++;
	}
	cout << endl;

	list<int>::iterator it9 = lt.begin();
	int num2 = 3;
	while (--num2)
	{
		it9++;
	}
	list<int>::iterator pos1 = it9;
	list<int>::iterator it10 = lt.begin();
	int num3 = 6;
	while (--num3)
	{
		it10++;
	}
	list<int>::iterator pos2 = it10;
	lt.erase(pos1, pos2);
	cout << "erase:";
	list<int>::iterator it11 = lt.begin();
	while (it11 != lt.end())
	{
		cout << *it11 << ' ';
		it11++;
	}
	cout << endl;

	list<int> ltt;
	ltt.push_back(10);
	ltt.push_back(20);
	ltt.push_back(30);
	ltt.push_back(40);
	cout << "ltt:";
	list<int>::iterator it12 = ltt.begin();
	while (it12 != ltt.end())
	{
		cout << *it12 << ' ';
		it12++;
	}
	cout << endl;

	swap(lt, ltt);
	cout << "swap:" << ' ' << "lt:";
	list<int>::iterator it13 = lt.begin();
	while (it13 != lt.end())
	{
		cout << *it13 << ' ';
		it13++;
	}
	cout << ' ' << "ltt:";
	list<int>::iterator it14 = ltt.begin();
	while (it14 != ltt.end())
	{
		cout << *it14 << ' ';
		it14++;
	}
	cout << endl;

	lt.resize(10);
	cout << "resize:" << lt.size() << endl;

	lt.clear();
	cout << "clear:";
	list<int>::iterator it15 = lt.begin();
	while (it15 != lt.end())
	{
		cout << *it15 << ' ';
		it15++;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

⌨️代码输出示例：

6.list类对象的链表操作

这一部分针对链表拓展了一些新的函数

函数名	功能说明
splice	将一个 list 中的元素转移到另一个 list 中
remove	移除 list 中所有等于指定值的元素
remove_if	移除 list 满足特定条件的所有元素
unique	从 list 中移除连续重复的元素
merge	将两个已排序的列表合并成一个有序列表
sort	对 list 中的元素进行排序
reverse	将 list 中的元素顺序进行反转

🔥值得注意的是： remove_if、unique、merge 涉及谓词等知识，放到后面讲

💻代码测试示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

int main()
{
	list<int> lt;
	lt.push_back(3);
	lt.push_back(2);
	lt.push_back(1);
	lt.push_back(4);
	cout << "lt:";
	list<int>::iterator it1 = lt.begin();
	while (it1 != lt.end())
	{
		cout << *it1 << ' ';
		it1++;
	}
	cout << endl;

	list<int> ltt;
	ltt.push_back(10);
	ltt.push_back(20);
	ltt.push_back(30);
	ltt.push_back(40);
	cout << "ltt:";
	list<int>::iterator it2 = ltt.begin();
	while (it2 != ltt.end())
	{
		cout << *it2 << ' ';
		it2++;
	}
	cout << endl;

	lt.splice(lt.begin(), ltt);
	cout << "splice:";
	list<int>::iterator it3 = lt.begin();
	while (it3 != lt.end())
	{
		cout << *it3 << ' ';
		it3++;
	}
	cout << endl;

	lt.remove(40);
	cout << "remove:";
	list<int>::iterator it4 = lt.begin();
	while (it4 != lt.end())
	{
		cout << *it4 << ' ';
		it4++;
	}
	cout << endl;

	lt.sort();
	cout << "sort:";
	list<int>::iterator it5 = lt.begin();
	while (it5 != lt.end())
	{
		cout << *it5 << ' ';
		it5++;
	}
	cout << endl;

	lt.reverse();
	cout << "reverse:";
	list<int>::iterator it6 = lt.begin();
	while (it6 != lt.end())
	{
		cout << *it6 << ' ';
		it6++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

⌨️代码输出示例：