C++ STL（三）list

目录

list是什么

构造函数

元素访问

容量操作

修改

迭代器

code实例

实现简单的list

forward_list是什么

构造函数

元素访问

容量

修改

迭代器

code实例

实现一个简单的forward_list

list是什么

std::list 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个双向链表容器。它支持在任意位置高效地插入和删除元素，但随机访问性能较差。底层结构：数据域：存储元素的值。前驱指针：指向前一个节点。   后继指针：指向后一个节点。优点：在任意位置插入和删除元素的时间复杂度为 O(1)。不需要连续内存，适合频繁插入和删除的场景。缺点：随机访问的时间复杂度为 O(n)。内存开销较大，因为每个节点需要额外存储两个指针。

struct ListNode {
    T value;          // 数据域
    ListNode* prev;   // 前驱指针
    ListNode* next;   // 后继指针
};

构造函数

list()默认构造函数，创建一个空的 list
list(size_type count)创建包含 count 个默认初始化元素的 list。
list(size_type count, const T& value)创建包含 count 个值为 value 的元素的 list
list(const list& other)拷贝构造函数
list(initializer_list<T> init)使用初始化列表创建 list

元素访问

front(): 返回第一个元素的引用。back(): 返回最后一个元素的引用。

容量操作

empty(): 检查否为空。size(): 返回 list 中的元素数量。max_size(): 返回 list 可以容纳的最大元素数量。

修改

clear(): 清除 list 中的所有元素erase(iterator pos): 删除指定位置 pos 处的元素
pop_back(): 删除 list 的最后一个元素pop_front(): 删除 list 的第一个元素
swap(list& other): 交换两个 list 的内容resize(size_type count): 改变 list 的大小为 count
insert(iterator pos, const T& value): 在指定位置 pos 插入元素 value
push_back(const T& value): 在 list 的末尾添加元素 value
push_front(const T& value): 在 list 的开头添加元素 value

迭代器

begin(), end(): 返回指向第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器
rbegin(), rend(): 返回反向迭代器
cbegin(), cend(), crbegin(), crend(): 返回常量迭代器

std::list 的迭代器是一个双向迭代器，支持 ++ 和 -- 操作。迭代器的实现通常是对链表节点的封装，erase：删除元素时，指向被删除元素的迭代器失效。insert：插入元素不会使其他迭代器失效。push_back 和 push_front：也不会使其他迭代器失效。

code实例

#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    //构造函数
    std::list<int> l1; // 空 list
    std::list<int> l2(5); // 包含 5 个默认初始化元素的 list
    std::list<int> l3(5, 10); // 包含 5 个值为 10 的元素的 list
    std::list<int> l = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用初始化列表创建 list
   
    //元素访问
    std::cout << "l.front(): " << l.front() << std::endl; // 输出: 1
    std::cout << "l.back(): " << l.back() << std::endl;   // 输出: 5
    
    //容量
    std::cout << "l.empty(): " << l.empty() << std::endl; // 输出: 0 (false)
    std::cout << "l.size(): " << l.size() << std::endl;   // 输出: 5
    std::cout << "l.max_size(): " << l.max_size() << std::endl; // 输出: 一个很大的数
    std::cout << std::endl;

    //修改
    l.push_back(6); // l: {1, 2, 3, 4, 5, 6}
    l.push_front(0); // l: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}
    l.pop_back(); // l: {0, 1, 2, 3, 4, 5}
    l.pop_front(); // l: {1, 2, 3, 4, 5}

    l.insert(std::next(l.begin(), 2), 10); // l: {1, 2, 10, 3, 4, 5}
    l.erase(std::next(l.begin(), 3)); // l: {1, 2, 10, 4, 5}
    for (int i : l) {
        std::cout << i << " "; // 输出: 1 2 10 4 5
    }
    //迭代器
    std::cout << "l: ";
    for (auto it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出: 1 2 10 4 5
    }
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "l (reverse): ";
    for (auto it = l.rbegin(); it != l.rend(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出: 5 4 10 2 1
    }
    return 0;
}

实现简单的list

#include <iostream>

template <typename T>
class SimpleList {
private:
    struct Node {
        T value;
        Node* prev;
        Node* next;
        Node(const T& val) : value(val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
    };

    Node* head;
    Node* tail;
    size_t size;

public:
    SimpleList() : head(nullptr), tail(nullptr), size(0) {}

    ~SimpleList() {
        while (head) {
            Node* temp = head;
            head = head->next;
            delete temp;
        }
    }

    void push_back(const T& value) {
        Node* newNode = new Node(value);
        if (!tail) {
            head = tail = newNode;
        } else {
            tail->next = newNode;
            newNode->prev = tail;
            tail = newNode;
        }
        size++;
    }

    void print() const {
        Node* current = head;
        while (current) {
            std::cout << current->value << " ";
            current = current->next;
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

int main() {
    SimpleList<int> list;
    list.push_back(1);
    list.push_back(2);
    list.push_back(3);
    list.print(); // 输出: 1 2 3
    return 0;
}

forward_list是什么

std::forward_list 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个单向链表容器。它支持在链表头部高效地插入和删除元素，但不支持反向遍历。每个节点包含：数据域：存储元素的值。后继指针：指向下一个节点。在链表头部插入和删除元素的时间复杂度为 O(1）。内存开销比 std::list 更小，因为每个节点只需要一个指针。随机访问的时间复杂度为 O(n)

struct ForwardListNode {
    T value;          // 数据域
    ForwardListNode* next; // 后继指针
};

构造函数

forward_list()默认构造函数，创建一个空的 forward_list
forward_list(size_type count)创建包含 count 个默认初始化元素的 forward_list
forward_list(size_type count, const T& value)创建包含 count 个值为 value 的元素的 forward_list
forward_list(const forward_list& other)拷贝构造函数
forward_list(initializer_list<T> init)使用初始化列表创建 forward_list

元素访问

front(): 返回第一个元素的引用

容量

empty(): 检查 forward_list 是否为空。max_size(): 返回 forward_list 可以容纳的最大元素数量

修改

clear(): 清除 forward_list 中的所有元素pop_front(): 删除 forward_list 的第一个元素
erase_after(iterator pos): 删除指定位置pos之后的元素swap(forward_list& other): 交换两个链表的内容

insert_after(iterator pos, const T& value): 在指定位置 pos 之后插入元素 value

push_front(const T& value): 在 forward_list 的开头添加元素 value
resize(size_type count): 改变 forward_list 的大小为 count

迭代器

before_begin(): 返回指向第一个元素之前位置的迭代器
begin(), end(): 返回指向第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器
cbefore_begin(), cbegin(), cend(): 返回常量迭代器

std::forward_list 的迭代器是一个前向迭代器，仅支持 ++ 操作。迭代器的实现通常是对链表节点的封装。erase_after：删除元素时，指向被删除元素的迭代器失效。insert_after/push_front：不会使其他迭代器失效。

code实例

#include <forward_list>
#include <iostream>

int main() {
    //构造函数
    std::forward_list<int> fl1; // 空 forward_list
    std::forward_list<int> fl2(5); // 包含 5 个默认初始化元素的 forward_list
    std::forward_list<int> fl3(5, 10); // 包含 5 个值为 10 的元素的 forward_list
    std::forward_list<int> fl = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用初始化列表创建 forward_list
    
    //元素访问
    std::cout << "fl.front(): " << fl.front() << std::endl; // 输出: 1
    //容量操作
    std::cout << "fl.empty(): " << fl.empty() << std::endl; // 输出: 0 (false)
    std::cout << "fl.max_size(): " << fl.max_size() << std::endl; // 输出: 一个很大的数

    //修改
    fl.push_front(0); // fl: {0, 1, 2, 3, 4, 5}
    fl.pop_front(); // fl: {1, 2, 3, 4, 5}
    fl.insert_after(fl.before_begin(), 10); // fl: {10, 1, 2, 3, 4, 5}
    fl.erase_after(fl.before_begin()); // fl: {1, 2, 3, 4, 5}
    for (auto it = fl.begin(); it != fl.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
    }
    return 0;
}

实现一个简单的forward_list

#include <iostream>

template <typename T>
class SimpleForwardList {
private:
    struct Node {
        T value;
        Node* next;
        Node(const T& val) : value(val), next(nullptr) {}
    };

    Node* head;
    size_t size;

public:
    SimpleForwardList() : head(nullptr), size(0) {}

    ~SimpleForwardList() {
        while (head) {
            Node* temp = head;
            head = head->next;
            delete temp;
        }
    }

    void push_front(const T& value) {
        Node* newNode = new Node(value);
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        size++;
    }

    void print() const {
        Node* current = head;
        while (current) {
            std::cout << current->value << " ";
            current = current->next;
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

int main() {
    SimpleForwardList<int> fl;
    fl.push_front(1);
    fl.push_front(2);
    fl.push_front(3);
    fl.print(); // 输出: 3 2 1
    return 0;
}

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