C++的List类（一）：List类的基本概念

前言

List类的基本概念

List的构造函数

List类迭代器的使用

List的功能

List的元素访问

List与vector比较

前言

vector的insert和erase都会导致迭代器失效
list的insert不会导致迭代器失效，erase会导致迭代器失效

insert导致失效的原因是开辟了新空间后，迭代器扔指向原空间
erase导致失效的原因是销毁的空间不是连续的空间，迭代器找不到下一块小空间的位置

List类的基本概念

List类的文档：cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list

1、list是在常数范围内的任意位置进行插入和删除的序列容器，可以向前向后双向迭代

2、list的底层是双向链表结构

3、list和forword_list相似，但后者是单链表，且只能向前迭代

4、和array、vector等容器相比，list可以在任意位置插入、删除元素，效率高

5、list的缺点是不支持随机访问、额外开辟空间存放结点信息、查找效率低需要遍历整个链表

List的构造函数

构造函数	接口说明
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

// list的构造
void TestList1()
{
    list<int> l1;                         //构造空的l1
    list<int> l2(4, 100);                 //l2中放4个值为100的元素
    list<int> l3(l2.begin(), l2.end());   //用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
    list<int> l4(l3);                     //用l3拷贝构造l4

    //以数组为迭代器区间构造l5
    int array[] = { 16,2,77,29 };
    list<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));

    //列表格式初始化
    list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };//C++11的initializer_list,多参数构造函数会发生隐式类型转换

    //用迭代器方式打印l5中的元素
    list<int>::iterator it = l5.begin();
    while (it != l5.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }       
    cout << endl;

    // C++11范围for的方式遍历
    for (auto& e : l5)
        cout << e << " ";

    cout << endl;
}

List类迭代器的使用

函数声明	接口说明
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 *（最后一个元素下一个位置的迭代器）* ，返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator,即begin位置 *（第一个元素的迭代器）*

begin和end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动
rbegin和rend为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动

// list迭代器的使用
// 注意：遍历链表只能用迭代器和范围for
void PrintList(const list<int>& l)
{
    // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
    for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
        // *it = 10; 编译不通过
    }

    cout << endl;
}

void TestList2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    // 使用正向迭代器正向list中的元素
    // list<int>::iterator it = l.begin();   // C++98中语法
    auto it = l.begin();                     // C++11之后推荐写法
    while (it != l.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    // 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
    // list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
    auto rit = l.rbegin();
    while (rit != l.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

List的功能

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
push_front	头插
pop_front	头删
push_back	尾插
pop_back	尾删
insert	指定位置插入
erase	删除指定位置的元素
swap	交换两个list中的元素
clear	清空list中的有效元素

// list插入和删除
// push_back/pop_back/push_front/pop_front
void TestList3()
{
    int array[] = { 1, 2, 3 };
    list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

    // 在list的尾部插入4，头部插入0
    L.push_back(4);
    L.push_front(0);
    PrintList(L);

    // 删除list尾部节点和头部节点
    L.pop_back();
    L.pop_front();
    PrintList(L);
}

List的元素访问

函数声明	接口说明
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

List与vector比较

	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，效率为O(1)	不支持随机访问，效率为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 *（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	原生指针	*对原生指针（结点指针）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