C++ STL list容器

等待樱花盛开

一、前言

list容器,又称为双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的,因此list容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。
list容器中各个元素的前后顺序是靠指针维系的,每个元素都有两个指针,分别指向它的前一个元素和后一个元素。第一个元素的前向指针总为 null,因为它前面没有元素;同样,尾部元素的后向指针也总为 null。
优点:可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素(时间复杂度为O(1))。并且在 list 容器中移动元素,也比其它容器的效率高。
缺点:不能通过下标访问元素,只能从容器中第一个元素或最后一个元素开始遍历容器,直到找到对应元素。
list 容器以模板类 list<T>(T 为存储元素的类型)的形式在<list>头文件中,并位于 std 命名空间中。使用时需包含头文件:

#include <list>
using namespace std;

二、初始化list容器

一共有5种方式创建list容器

①std::list<int> listInt;
②std::list<int> listInt(10);
③std::list<int> listInt(10, 5);
④std::list<int> listInt2(listInt);
⑤//拷贝普通数组,创建list容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
std::list<int> listInt(a, a+5);
//拷贝其它类型的容器,创建 list 容器
std::array<int, 5> arrInt{ 11,12,13,14,15 };
std::list<int> listInt(arrInt.begin()+2, arr.end());

①创建空的list容器
②创建一个包含10个元素,默认值为0的list容器
③创建一个包含10个元素,初始值为5的list容器
④将以初始化的list容器进行拷贝创建新的list容器,须保证新旧容器存储的元素类型一致
⑤通过拷贝其他类型容器(或者普通数组)中指定区域内的元素,创建 list 容器

1、成员函数

这里不列举迭代器、添加和删除等相关的函数。

函数功能
empty()判断容器中是否有元素,若无元素,则返回 true;反之,返回 false
size()返回当前容器实际包含的元素个数
max_size()返回容器所能包含元素个数的最大值,一般是 232-1
front()返回第一个元素的引用
back()返回最后一个元素的引用
assign()用新元素替换容器中原有内容
swap(x,y)交换两个容器中的元素,必须保证这两个容器中存储的元素类型是相同的
resize()调整容器的大小
splice()将一个 list 容器中的元素插入到另一个容器的指定位置
merge()合并两个事先已排好序的 list 容器,并且合并之后的 list 容器依然是有序的
sort()通过更改容器中元素的位置,将它们进行排序
reverse()反转容器中元素的顺序

2、实例

1)、创建list容器

  std::list<int> listInt;
    listInt.push_back(31);
    listInt.push_back(27);
    listInt.push_back(29);

    std::cout << " listInt size: " << listInt.size() << std::endl;

    int i = 0;
    std::list<int>::iterator listIter = listInt.begin();
    for (; listIter != listInt.end(); listIter++)
    {
        std::cout << " listInt[" << i++ << "]=" << *listIter << std::endl;
    }

    listInt.sort();
    i = 0;
    listIter = listInt.begin();
    for (; listIter != listInt.end(); listIter++)
    {
        std::cout << " sort listInt[" << i++ << "]=" << *listIter << std::endl;
    }

   int nFront = listInt.front();
   int nBack = listInt.back();
   std::cout << " listInt front: " << nFront << " back: " << nBack << std::endl;

   std::list<int> listInt1{ 14,25,99 };
   listInt1.sort();
   listInt.merge(listInt1);
   i = 0;
   listIter = listInt.begin();
   for (; listIter != listInt.end(); listIter++)
   {
       std::cout << " merge listInt[" << i++ << "]=" << *listIter << std::endl;
   }

结果如下:
image.png

三、迭代器

函数功能
begin()返回指向容器中第一个元素的双向迭代器(正向迭代器)
end()返回指向容器中最后一个元素所在位置的下一个位置的双向迭代器。(正向迭代器)
rbegin()返回指向最后一个元素的反向双向迭代器
rend()返回指向第一个元素所在位置前一个位置的反向双向迭代器
cbegin()和 begin() 功能相同,只不过在其基础上,正向迭代器增加了 const 属性,即不能用于修改元素
cend()和 end() 功能相同,只不过在其基础上,正向迭代器增加了 const 属性,即不能用于修改元素
crbegin()和 rbegin() 功能相同,只不过在其基础上,反向迭代器增加了 const 属性,即不能用于修改元素
crend()和 rend() 功能相同,只不过在其基础上,反向迭代器增加了 const 属性,即不能用于修改元素

具体的功能不再说明,可参考array容器中的说明。list容器的迭代器和之前的array、vector等最大的不同在于:它的迭代器类型为双向迭代器,而不再是随机访问迭代器。
假如p1,p2都是双向迭代器,那么
支持++p1、 p1++、 p1--、 p1++、 *p1、 p1==p2 以及 p1!=p2;
不支持p1[i]、p1-=i、 p1+=i、 p1+i 、p1-i、p1<p2、 p1>p2、 p1<=p2、 p1>=p2。

1、实例

1)、遍历list容器元素

i = 0;
    listIter = listInt.begin();
    for (; listIter != listInt.end(); listIter++)
    {
        std::cout << " sort listInt[" << i++ << "]=" << *listIter << std::endl;
    }

其他的函数功能和vector等类似,不再说明使用方法

注意点:
1、list 容器不支持随机访问,未提供下标操作符 [] 和 at() 成员函数,也没有提供 data() 成员函数
2、 front() 和 back() 成员函数,可以分别获得 list 容器中第一个元素和最后一个元素的引用形式,必要时还能修改其值
3、若希望访问list容器其他位置的元素,只能通过list容器的迭代器,也可以通过迭代器对指定元素的值进行修改

四、插入元素

函数功能
push_front()向 list 容器首个元素前添加新元素
push_back()向 list 容器最后一个元素后添加新元素
emplace_front()在容器首个元素前直接生成新的元素
emplace_back()在容器最后一个元素后直接生成新的元素
emplace()在容器的指定位置直接生成新的元素
insert()在指定位置插入新元素
splice()将其他 list 容器存储的多个元素添加到当前 list 容器的指定位置处

1、insert方法

格式说明
iterator insert(pos,elem)在迭代器 pos 指定的位置之前插入一个新元素 elem,并返回表示新插入元素位置的迭代器
iterator insert(pos,n,elem)在迭代器 pos 指定的位置之前插入 n 个元素 elem,并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器
iterator insert(pos,first,last)在迭代器 pos 指定的位置之前,插入其他容器(例如 array、vector、deque 等)中位于 [first,last) 区域的所有元素,并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器
iterator insert(pos,initlist)在迭代器 pos 指定的位置之前,插入初始化列表(用大括号 { } 括起来的多个元素,中间有逗号隔开)中所有的元素,并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器

2、splice方法

格式说明
void splice (iterator position, list& x);单元 2
单元 3position 为迭代器,用于指明插入位置;x 为另一个 list 容器。此格式的 splice() 方法的功能是,将 x 容器中存储的所有元素全部移动当前 list 容器中 position 指明的位置处
void splice (iterator position, list& x, iterator i);position 为迭代器,用于指明插入位置;x 为另一个 list 容器;i 也是一个迭代器,用于指向 x 容器中某个元素。此格式的 splice() 方法的功能是将 x 容器中 i 指向的元素移动到当前容器中 position 指明的位置处。
void splice (iterator position, list& x, iterator first, iterator last);position 为迭代器,用于指明插入位置;x 为另一个 list 容器;first 和 last 都是迭代器,[fist,last) 用于指定 x 容器中的某个区域。此格式的 splice() 方法的功能是将 x 容器 [first, last) 范围内所有的元素移动到当前容器 position 指明的位置处。

splice() 成员方法移动元素的方式

将存储该元素的节点从 list 容器底层的链表中摘除,然后再链接到当前 list 容器底层的链表中。当使用 splice() 成员方法将list1容器中的元素添加到list2容器的同时,该元素会从list1容器中删除。

3、实例

这里主要是splice方法的实例

1)、方法1

std::list<int> listInt1{ 16,72,100 }, listInt2{9,201,94};
    std::list<int>::iterator listIter = ++listInt1.begin();

    **listInt1.splice(listIter, listInt2);**

    int i = 0;
    std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
    std::list<int>::iterator listIter2 = listInt2.begin();
    for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
    }
    for (; listIter2 != listInt2.end(); listIter2++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt2[" << i++ << "]=" << *listIter2 << std::endl;
    }

结果如下:
image.png

2)、方法2

std::list<int> listInt1{ 16,72,100 }, listInt2{9,201,94};
    std::list<int>::iterator listIter = ++listInt1.begin();

    **listInt2.splice(listInt2.begin(), listInt1, listIter);**

    int i = 0;
    std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
    std::list<int>::iterator listIter2 = listInt2.begin();
    for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
    }
    for (; listIter2 != listInt2.end(); listIter2++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt2[" << i++ << "]=" << *listIter2 << std::endl;
    }

结果如下:
image.png

3)、方法3

std::list<int> listInt1{ 16,72,100 }, listInt2{9,201,94};
    std::list<int>::iterator listIter = ++listInt1.begin();

   ** listInt2.splice(listInt2.begin(), listInt1, listInt1.begin(), listInt1.end());**

    int i = 0;
    std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
    std::list<int>::iterator listIter2 = listInt2.begin();
    for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
    }
    for (; listIter2 != listInt2.end(); listIter2++)
    {
        std::cout << " splice1 listInt2[" << i++ << "]=" << *listIter2 << std::endl;
    }

结果如下:
image.png

五、删除元素

函数说明
pop_front()删除位于 list 容器头部的一个元素
pop_back()删除位于 list 容器尾部的一个元素
erase()该成员函数既可以删除 list 容器中指定位置处的元素,也可以删除容器中某个区域内的多个元素。
clear()删除 list 容器存储的所有元素
remove(val)删除容器中所有等于 val 的元素
unique()删除容器中相邻的重复元素,只保留一份
remove_if()删除容器中满足条件的元素

1、erase

格式说明
iterator erase (iterator position);删除 list 容器中 position 迭代器所指位置处的元素
iterator erase (iterator first, iterator last);删除 list 容器中 first 迭代器和 last 迭代器限定区域内的所有元素(包括 first 指向的元素,但不包括 last 指向的元素)

2、unique

格式说明
void unique()去除 list 容器中相邻重复的元素
void unique(BinaryPredicate)去除 list 容器中相邻重复的元素,仅保留一份

3、实例

这里主要是unique()和remove_if()的使用

1)、unique()

 std::list<int> listInt1{ 16,72,72,100,72,109,203,671,109,192,671 }, listInt2{9,201,94,43,67,81,901};

    **listInt1.unique();**
    int i = 0;
    std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
    for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
    {
        std::cout << " unique listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
    }

结果如下:
image.png
由结果可知:
①只能比较相邻两个元素,若连续三个或以上元素值相同也适用

bool test(int first, int second)
{
    return (first <= second);
}


std::list<int> listInt1{ 72,73,100,72,44,48,109,92,671,15,192,671 };

listInt1.unique(test);
int i = 0;
std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
{
    std::cout << " unique listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
}

结果如下:
image.png
由结果可知
当执行test返回true时,会删除元素
返回false时,会保留比较的两个元素值
如:{ 72,73,100,72,44,48,109,92,671,15,192,671 }的比较步骤是
①72,73返回true,删除73;72,100返回true,删除100;72,72返回true,删除72
②72,44返回false,保留72,44
③44,48返回true,删除48;44,109返回true,删除109;44,92返回true,删除92;44,671返回true,删除671
④44,15返回false,保留15
⑤15,192返回true,删除192;15,671返回true,删除671
因此最后list中的数据为{72.44.15}
注意:
除了以上谓词函数的方式,还可以使用 lamba表达式以及函数对象的方式定义。

2)、remove_if

std::list<int> listInt1{ 72,73,100,72,44,48,109,92,671,109,15,671 };

listInt1.remove_if([](int nValue) {return nValue < 100; });
int i = 0;
std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
{
    std::cout << " unique listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
}

或者

//二元谓词函数
bool test(int nValue)
{
    bool bRet =  (nValue < 100);
    return bRet;
}

std::list<int> listInt1{ 72,73,100,72,44,48,109,92,671,109,15,671 };

listInt1.remove_if(test);
int i = 0;
std::list<int>::iterator listIter1 = listInt1.begin();
for (; listIter1 != listInt1.end(); listIter1++)
{
    std::cout << " unique listInt1[" << i++ << "]=" << *listIter1 << std::endl;
}

结果如下:
image.png
大于等于100的元素值都会被保留

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