【C++入门到精通】C++入门 —— list (STL)

简介: std::list是C++标准库中的双向链表容器。​​(这里有官方介绍链接)​​ 它支持在任意位置进行快速插入和删除操作,并且在需要对元素进行频繁的插入和删除操作时,通常比std::vector更高效。std::list的元素不是在连续内存中存储,而是通过指针相互连接在一起。

@​​TOC​
前言
文章绑定了VS平台下std::list的源码,大家可以下载了解一下😍
前面我们讲了C语言的基础知识,也了解了一些数据结构,并且讲了有关C++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载,引用 和 内联函数也认识了什么是类和对象以及怎么去new一个 ‘对象’ ,以及学习了几个STL的结构也相信大家都掌握的不错,接下来博主将会带领大家继续学习有关C++比较重要的知识点—— list(STL)。下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了😍
一、list简介
1.概念
std::list是C++标准库中的双向链表容器。​​(这里有官方介绍链接)​​ 它支持在任意位置进行快速插入和删除操作,并且在需要对元素进行频繁的插入和删除操作时,通常比std::vector更高效。std::list的元素不是在连续内存中存储,而是通过指针相互连接在一起。
2.特点

  1. 双向访问:std::list的元素可以通过双向迭代器从前向后或者从后向前进行访问。
  2. 插入和删除操作高效:由于std::list的元素是通过指针连接在一起的,插入和删除操作只需要修改相邻元素的指针,因此在任意位置进行插入和删除操作的时间复杂度是O(1)。
  3. 不支持随机访问:由于std::list的元素不是在连续内存中存储的,因此不能通过下标来随机访问元素。如果需要随机访问元素,可以考虑使用std::vector或者std::array。
  4. 内存占用相对较大:由于每个元素都需要额外的指针来连接其他元素,std::list的内存占用相对较大。
    二、list的使用
    list 中的接口比较多,此处类似,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中一些常见的重要接口。
    1.list的构造
    std::list类提供了多个构造函数,用于创建和初始化std::list对象。​​官方链接点这里跳转​​ 下面是常用的构造函数列表:
  5. 默认构造函数:
    std::list myList;创建一个空的std::list对象,其中T是元素的类型。
  6. 带有容量参数的构造函数:
    std::list myList(size, value);创建一个包含size个元素的std::list对象,每个元素的值都是value。
  7. 区间构造函数:
    std::list myList(first, last);创建一个std::list对象,其中包含[first, last)区间的元素。first和last是输入迭代器,用于指定要拷贝到新std::list中的元素范围。
  8. 拷贝构造函数:
    std::list myList(otherList);创建一个std::list对象,其中包含与otherList相同的元素。这将执行深拷贝,即将otherList中的元素复制到新的std::list对象中。
  9. 移动构造函数:
    std::list myList(std::move(otherList));创建一个std::list对象,并从其他std::list对象otherList中移动元素到新的std::list对象中。在移动构造函数后,otherList将为空。
    注意:上述构造函数中的T表示元素的类型,可以是任何有效的C++类型。

    include

int main() {
// 默认构造函数
std::list myList;

// 带有容量参数的构造函数
std::list<int> myList2(5, 10); // 包含5个值为10的元素

// 区间构造函数
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::list<int> myList3(std::begin(arr), std::end(arr)); // 包含数组arr的元素

// 拷贝构造函数
std::list<int> myList4(myList2);

// 移动构造函数
std::list<int> myList5(std::move(myList4)); // myList4将为空

return 0;

}这些是std::list常用的构造函数示例。你可以根据自己的需求选择适当的构造函数来创建std::list对象。
2.常见的操作
⭕std::list类型的增、删、查、改

  1. 插入元素:
    • push_back(value):在列表的末尾插入一个元素。
    • push_front(value):在列表的开头插入一个元素。
    • insert(pos, value):在指定位置pos之前插入一个元素。
  2. 删除元素:
    • pop_back():删除列表末尾的元素。
    • pop_front():删除列表开头的元素。
    • erase(pos):删除指定位置pos处的元素。
    • erase(first, last):删除从[first, last)范围内的所有元素。
  3. 访问元素:
    • front():返回列表的第一个元素的引用。
    • back():返回列表的最后一个元素的引用。
  4. 迭代器操作:
    • begin():返回指向列表第一个元素的迭代器。
    • end():返回指向最后一个元素之后位置的迭代器。
    • rbegin():返回指向列表最后一个元素的逆向迭代器。
    • rend():返回指向第一个元素之前位置的逆向迭代器。
  5. 大小和清空操作:
    • size():返回列表中元素的数量。
    • empty():检查列表是否为空。
    • clear():清除列表中的所有元素。
  6. 修改元素:
    • assign(first, last):用[first, last)范围内的元素替换列表的内容。
    • assign(n, value):用n个值为value的元素替换列表的内容。
    • resize(count):改变列表的大小,使其包含count个元素,并根据需要插入或删除元素。
    • swap(otherList):交换当前列表与otherList之间的内容。
  7. 查找和排序:
    • find(value):返回指向第一个值为value的元素的迭代器;如果找不到,则返回end()。
    • sort():按升序对列表中的元素进行排序。
    • reverse():反转列表中的元素的顺序。
    以上只是std::list的一些常见操作,还有很多其他的成员函数可用于更复杂的操作。这里有​​官方的链接​​你可以根据具体的需求选择适当的操作。
    以下是一些示例,展示了std::list的常见操作:

    include

    include

int main() {
std::list myList;

// 插入元素
myList.push_back(1);
myList.push_front(2);
myList.insert(std::next(myList.begin()), 3);

// 删除元素
myList.pop_back();
myList.pop_front();
myList.erase(std::next(myList.begin()));

// 访问元素
std::cout << "Front element: " << myList.front() << std::endl;
std::cout << "Back element: " << myList.back() << std::endl;

// 迭代器操作
for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;

// 大小和清空操作
std::cout << "Size: " << myList.size() << std::endl;
std::cout << "Empty: " << (myList.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;
myList.clear();

// 查找和排序
myList.push_back(5);
myList.push_back(2);
myList.push_back(4);
myList.push_back(1);

auto it = myList.find(4);
ifit != myList.end()) {
    std::cout << "Found value 4" << std::endl;
}

myList.sort();
std::cout << "Sorted list: ";
for (const auto& element : myList) {
    std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;

return 0;

}三、list与vector的对比

  1. 数据存储方式:
    • vector:使用连续的内存块存储,可以在O(1)时间内访问任意位置的元素。
    • list:使用双向链表存储,每个节点存储一个元素,在O(n)时间内访问任意位置的元素。
  2. 动态性:
    • vector:动态数组,长度可变。能够动态增长和收缩,但在插入和删除操作时可能需要重新分配内存,导致数据的搬移。
    • list:由于使用链表存储,插入和删除操作相对快速,不会涉及内存的重新分配和数据的搬移。
  3. 访问效率:
    • vector:由于数据存储在连续的内存块中,可以通过下标访问元素,提供了O(1)的随机访问效率。
    • list:需要遍历链表才能访问到指定位置的元素,访问效率为O(n)。
  4. 插入和删除操作:
    • vector:在尾部进行插入和删除操作效率高,复杂度为O(1);在中间或头部进行插入和删除操作会导致后续元素的移动,复杂度为O(n)。
    • list:在插入和删除操作时,只需修改相邻节点的指针,复杂度为O(1),对于任意位置的插入和删除都具有较高效率。
  5. 内存使用:
    • vector:由于数据存储在连续的内存块,相对于list可能产生更少的内存开销。
    • list:由于每个元素需要额外的指针进行连接,相对于vector可能产生更多的内存开销。
    综上所述,当需要频繁进行随机访问操作或者需要动态增长和收缩容量时,vector是一个更好的选择。而在需要频繁进行插入和删除操作、对访问效率要求不高或者需要避免数据搬移时,list是一个更合适的选择。
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