C++ list容器

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 为存储元素的类型）的形式在头文件中，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

1. 创建空的list容器
   std::list<int> listInt;
2. 创建一个包含10个元素，默认值为0的list容器
   std::list<int> listInt(10);
3. 创建一个包含10个元素，初始值为5的list容器
   std::list<int> listInt(10, 5);
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
   std::list<int> listInt2(listInt);
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

//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、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

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

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：

3.迭代器

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

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

$$\begin{array}{|cc|}\hline \text{ 函数 }& \text{ 功能 }\\ \text{ push\_front() }& \text{ 向 list 容器首个元素前添加新元素 }\\ \text{ push\_back() }& \text{ 向 list 容器最后一个元素后添加新元素 }\\ \text{ emplace\_front() }& \text{ 在容器首个元素前直接生成新的元素 }\\ \text{ emplace\_back() }& \text{ 在容器最后一个元素后直接生成新的元素 }\\ \text{ emplace() }& \text{ 在容器的指定位置直接生成新的元素 }\\ \text{ insert() }& \text{ 在指定位置插入新元素 }\\ \text{ splice() }& \begin{array}{l}\text{ 将其他 list 容器存储的多个元素添加到当前 list }\\ \text{ 容器的指定位置处 }\end{array}\\ \hline\end{array}$$

1、insert方法

$$\text{begin{array}{|l|l|} hline text { 函数 } \& text { 功能 } hline text { iterator insert(pos,elem) } \& begin text { 在迭代器 pos 指定的位置之前插入一个新元素 elem，并返回表示新插入元素位置的迭代器 } hline text { push\_back() } \& text { 向 list 容器最后一个元素后添加新元素 } hline text { emplace\_front() } \& text { 在容器首个元素前直接生成新的元素 } hline text { emplace\_back() } \& text { 在容器最后一个元素后直接生成新的元素 } hline text { emplace() } \& text { 在容器的指定位置直接生成新的元素 } hline text { insert() } \& text { 在指定位置插入新元素 } hline text { splice() } \& begin{array}{l} text { 将其他 list 容器存储的多个元素添加到当前 list } text { 容器的指定位置处 } end{array} hline end{array}}$$