C++ List鏈表的介紹和使用

更新時間：2023年03月07日 11:03:59 作者：東區(qū)東區(qū)！

list是可以在常數(shù)范圍內在任意位置進行插入和刪除的序列式容器，并且該容器可以前后雙向迭代，這篇文章主要介紹了C++ List鏈表的介紹和使用,需要的朋友可以參考下

1. list的介紹及使用

1.1 list的介紹

1. list是可以在常數(shù)范圍內在任意位置進行插入和刪除的序列式容器，并且該容器可以前后雙向迭代。

2. list的底層是雙向鏈表結構，雙向鏈表中每個元素存儲在互不相關的獨立節(jié)點中，在節(jié)點中通過指針指向其前一個元素和后一個元素。

3. list與forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是單鏈表，只能朝前迭代，已讓其更簡單高效。

4. 與其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置進行插入、移除元素的執(zhí)行效率更好。

5. 與其他序列式容器相比，list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的隨機訪問，比如：要訪問list的第6個元素，必須從已知的位置(比如頭部或者尾部)迭代到該位置，在這段位置上迭代需要線性的時間開銷；list還需要一些額外的空間，以保存每個節(jié)點的相關聯(lián)信息(對于存儲類型較小元素的大list來說這可能是一個重要的因素）

list的底層：帶頭節(jié)點雙向鏈表結構

1.2 list的使用

使用list要帶上頭文件’

#include<list>

1.2.1 list的構造

//構造打印練習
void TestList()
{
    list<int>L1;
    //十個值為5
    list<int>L2(10,5);
 
    //區(qū)間方式構造
    vector<int>v{ 0,3,35,34,2 };
    list<int>L3(v.begin(),v.end());
 
    //拷貝構造
    list<int>L4(L3);
 
    //列表構造
    list<int>L5{ 1,23,34 };
 
    //打印，范圍for
    for (auto e:L2)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
 
    //迭代器打印
    auto it = L3.begin();
    while (it != L3.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;
}

1.2.2 list iterator的使用

1. begin與end為正向迭代器，對迭代器執(zhí)行++操作，迭代器向后移動

2. rbegin(end)與rend(begin)為反向迭代器，對迭代器執(zhí)行++操作，迭代器向前移動

1.2.3 list capacity

1.2.4 list element access

1.2.5 list modififiers

上面一些方法的使用，都很簡單，隨意測試一下

void TestList()
{
    list<int>L;
    L.push_back(1);
    L.push_back(2);
    L.push_back(3);
    L.push_back(4);
    L.push_back(5);
 
    cout << L.size() << endl;
    cout << L.front() << endl;//訪問起始位置
    cout << L.back() << endl;//訪問末尾
 
    L.front() = 50;
    L.back() = 1000;
 
    L.pop_back();//刪除list中最后一個元素
 
    cout << L.size() << endl;
    cout << L.front() << endl;
    cout << L.back() << endl;
}

任意位置的插入

void TestList()
{
    list<int>L;
    L.push_back(1);
    L.push_back(2);
    L.push_back(3);
    L.push_back(4);
    L.push_back(5);
    PrintList(L);
 
    auto pos = L.begin();
    L.insert(pos, 0);//在1的位置插入0，插入之前
    PrintList(L);
 
    cout << *pos << endl;//查看迭代器是否正常使用
    
    //在鏈表中值為data的節(jié)點前插入10個值為2的元素
    int data = 0;
    cin >> data;
    
    //在這個區(qū)間內找data，返回pos。如果沒找到返回end
    pos= find(L.begin(),L.end(),data);
 
    if (pos != L.end())
    {
        L.insert(pos, 10, 2);
    }
    PrintList(L);
 
    //區(qū)間形式
    pos = L.begin();
    vector<int>v{ 10,20,34,34,1244 };
    L.insert(pos, v.begin(), v.end());
    PrintList(L);
}

1.2.6 list的迭代器失效

void TestList()
{
    list<int>L;
    L.push_back(1);
    L.push_back(2);
    L.push_back(3);
    L.push_back(4);
    L.push_back(5);
    PrintList(L);
 
    auto pos1 = L.begin();
    auto pos2 = find(L.begin(),L.end(),5);
    cout << *pos2 << endl;
 
    L.erase(pos1);//將pos1位置處元素刪除
    PrintList(L);
 
    cout << *pos2 << endl;//檢測迭代器是否失效
    cout << *pos1 << endl;
    //結果是pos2正常,pos1失效
}

erase會導致刪除位置的迭代器失效，但是對于其他位置的迭代器沒有影響。

迭代器失效即迭代器所指向的節(jié)點的無效，即該節(jié)點被刪除了。因為list的底層結構為帶頭結點的雙向循環(huán)鏈表，因此在list中進行插入時是不會導致list的迭代器失效的，只有在刪除時才會失效，并且失效的只是指向被刪除節(jié)點的迭代器，其他迭代器不會受到影響

2. list的模擬實現(xiàn)

模擬實現(xiàn)具體可以參閱網上文章

3. list與vector的對比

	vector	list
底層結構	動態(tài)順序表，一段連續(xù)空間	帶頭結點的雙向循環(huán)鏈表
隨機訪問	支持隨機訪問，訪問某個元素效率O(1)	不支持隨機訪問，訪問某個元素效率O(N)
插入和刪除	任意位置插入和刪除效率低，需要搬移元素，時間復雜度為O(N)，插入時有可能需要增容，增容：開辟新空間，拷貝元素，釋放舊空間，導致效率更低	任意位置插入和刪除效率高，不需要搬移元素，時間復雜度為O(1)
空間利用率	底層為連續(xù)空間，不容易造成內存碎片，空間利用率高，緩存利用率高	底層節(jié)點動態(tài)開辟，小節(jié)點容易造成內存碎片，空間利用率低，緩存利用率低
迭代器	原生態(tài)指針	對原生態(tài)指針(節(jié)點指針)進行封裝
迭代器失效	在插入元素時，要給所有的迭代器重新賦值，因為插入元素有可能會導致重新擴容，致使原來迭代器失效，刪除時，當前迭代器需要重新賦值否則會失效	插入元素不會導致迭代器失效，刪除元素時，只會導致當前迭代器失效，其他迭代器不受影響
使用場景	需要高效存儲，支持隨機訪問，不關心插入刪除效率	大量插入和刪除操作，不關心隨機訪問