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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STL之list基础知识
1. list的介绍
list的文档介绍
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】
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
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！
