1：C++ list 容器简介
1.1 C++ STL 容器概述
C++ 提供了丰富的标准模板库 (STL)，其中包括顺序容器（如 vector、deque）和关联容器（如 map、set）。list 是一种链表结构的顺序容器，它的底层实现是双向链表。这使得 list 在插入和删除操作上比 vector 更加高效，但由于不支持随机访问，因此访问特定位置的元素时效率较低。
1.2 list 的特点
双向链表：list 底层是一个双向链表，能够高效地进行插入和删除操作。
不支持随机访问：由于链表的结构特点，list 只能顺序访问，随机访问效率低下。
动态增长：list 不需要预留空间，它会根据需要动态分配内存。
#include <list>#include <iostream>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; for (int val : lst) { cout << val << " "; } return 0;}2：list 的构造方法
2.1 常见构造函数
C++ list 提供了多种构造函数，允许用户根据不同需求初始化链表。
构造函数 功能
list() 构造一个空的 list
list(size_type n, const T& val) 构造一个包含 n 个值为 val 的元素的 list
list(const list& x) 拷贝构造函数，构造与 x 相同的 list
list(InputIterator first, InputIterator last) 使用 [first, last) 区间内的元素构造 list
2.1.1不同构造方法
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst1; // 空 list list<int> lst2(5, 100); // 5个值为100的元素 list<int> lst3(lst2); // 拷贝构造 list<int> lst4 = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化列表 for (int val : lst4) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 } return 0;}3：list 迭代器的使用
list 支持多种迭代器类型，允许我们遍历、访问和修改链表中的元素。迭代器可以看作指向 list 中节点的指针，遍历时可以用迭代器依次访问链表中的每一个节点。
3.1 常见迭代器
迭代器类型 功能
begin() 返回指向链表第一个元素的迭代器
end() 返回指向链表末尾的迭代器
rbegin() 返回指向链表最后一个元素的反向迭代器
rend() 返回指向链表第一个元素之前的反向迭代器
cbegin() 返回常量迭代器，不能修改元素
cend() 返回常量迭代器，指向链表末
3.1.1 使用正向和反向迭代器遍历 list
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用正向迭代器遍历 for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) { cout << *it << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 } cout << endl; // 使用反向迭代器遍历 for (auto rit = lst.rbegin(); rit != lst.rend(); ++rit) { cout << *rit << " "; // 输出: 5 4 3 2 1 } cout << endl; return 0;}4：list 的容量与大小操作
4.1 容量管理接口
list 提供了常用的容量管理接口，方便用户操作链表的大小和判断链表状态。
方法名 功能描述
empty() 检测 list 是否为空
size() 返回 list 中元素的数量
max_size() 返回 list 可容纳的最大元素数
resize(n) 调整 list 的大小为 n
4.1.1 容量操作
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; cout << "Size: " << lst.size() << endl; // 输出当前元素个数 cout << "Is empty: " << (lst.empty() ? "Yes" : "No") << endl; // 判断是否为空 lst.resize(3); // 调整大小为3，保留前3个元素 for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 } return 0;}5：list 的元素访问
5.1 元素访问方法
list 提供了几种常用的方法用于访问链表中的元素。
方法名 功能
front() 返回 list 的第一个元素
back() 返回 list 的最后一个元素
5.1.1 访问第一个与最后一个元素
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; cout << "First element: " << lst.front() << endl; // 访问第一个元素 cout << "Last element: " << lst.back() << endl; // 访问最后一个元素 return 0;}6：list 的插入、删除与修改
6.1 插入操作
list 容器提供了多种插入操作，包括在前部、尾部插入元素，或在指定位置插入。与 vector 不同的是，list 插入时不需要移动其他元素，只修改指针，因此插入效率非常高。
方法名 功能描述push_front() 在 list 的前部插入元素push_back() 在 list 的末尾插入元素insert(position, val) 在指定位置插入元素6.1.1 示例：使用 push_back() 和 push_front() 插入元素push_front() 和 push_back() 是将元素插入到链表前部和尾部的常用方法。由于 list 是双向链表，头部和尾部操作的效率都非常高，为 O(1)。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3}; // 在前部插入元素 lst.push_front(0); // 在末尾插入元素 lst.push_back(4); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 0 1 2 3 4 } return 0;}6.1.2使用 insert() 在指定位置插入元素
insert() 用于在链表中指定位置插入元素。该方法需要提供一个迭代器指向要插入的位置。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 3, 4}; // 在第二个位置插入2 auto it = lst.begin(); ++it; lst.insert(it, 2); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 4 } return 0;}6.1.3 插入元素的常见问题
迭代器失效：在 list 中进行插入操作时，插入不会使已有迭代器失效，因为 list 是双向链表，插入时只修改指针。
尾部插入效率：在链表尾部插入元素的效率始终为 O(1)，无需移动其他元素，这点不同于 vector。
插入到特定位置的效率：虽然 insert() 操作本身是 O(1)，但查找特定插入位置的时间复杂度是 O(n)，这取决于你如何获取迭代器。
6.2 删除操作
list 提供了多种删除元素的方式，包括从前部和尾部删除，删除指定位置的元素，以及一次性清空整个链表。
方法名 功能描述pop_front() 删除 list 的第一个元素pop_back() 删除 list 的最后一个元素erase() 删除指定位置的元素clear() 清空 list6.2.1删除 list 中的首尾元素
pop_front() 和 pop_back() 用于删除 list 中的第一个或最后一个元素。与插入操作类似，这两种操作的时间复杂度都是 O(1)，不会影响其他元素的指针。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 删除第一个元素 lst.pop_front(); // 删除最后一个元素 lst.pop_back(); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 2 3 4 } return 0;}6.2.2 删除指定位置的元素
erase() 用于删除指定位置的元素。它需要提供一个指向该位置的迭代器。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 查找要删除的元素 auto it = lst.begin(); advance(it, 2); // 移动到第三个元素 // 删除第三个元素 lst.erase(it); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 4 5 } return 0;}6.2.3 清空 list
clear() 是一种非常彻底的清除操作，它会删除 list 中的所有元素。值得注意的是，clear() 仅会删除有效节点，不会删除链表的头节点（即 list 对象本身）。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 清空 list lst.clear(); cout << "Size after clear: " << lst.size() << endl; // 输出: 0 cout << "Is list empty? " << (lst.empty() ? "Yes" : "No") << endl; // 输出: Yes return 0;}6.2.4 删除操作的常见问题
迭代器失效：在 list 中，删除操作只会导致指向被删除元素的迭代器失效，其他迭代器不受影响。删除后如果需要继续使用迭代器，应该使用 erase() 的返回值，指向下一个有效元素。
clear() 是否删除头节点：clear() 不会删除 list 的头节点。调用 clear() 后，list 对象依然存在，只是里面的所有元素被删除，list 的结构保持完好。
6.3 修改操作
通过迭代器或者 list 提供的访问接口，用户可以直接修改链表中的元素。由于 list 不支持随机访问，所以修改操作通常需要遍历元素。
方法名 功能描述front() 返回 list 中第一个元素back() 返回 list 中最后一个元素迭代器 通过迭代器访问修改元素6.3.1修改 list 中的首尾元素
通过 front() 和 back()，可以分别访问并修改 list 中的第一个和最后一个元素。修改操作的时间复杂度为 O(1)。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 修改第一个元素 lst.front() = 10; // 修改最后一个元素 lst.back() = 20; for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 10 2 3 4 20 } return 0;}6.3.2通过迭代器修改 list 中的元素
由于 list 不支持随机访问，修改中间位置的元素需要通过迭代器遍历找到目标位置。
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用迭代器修改第三个元素 auto it = lst.begin(); advance(it, 2); // 移动到第三个元素 *it = 30; for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 30 4 5 } return 0;}6.3.3 修改操作的常见问题
效率问题：由于 list 是链表结构，访问中间元素时无法像 vector 一样通过下标随机访问，而是必须通过迭代器进行遍历，时间复杂度为 O(n)。
advance() 函数用于将迭代器向前或向后移动指定的距离，这是 list 中最常用的访问与修改元素方式之一。由于 list 不能通过下标随机访问，迭代器的使用显得尤为重要。
避免无效访问：通过迭代器进行修改时，确保在修改过程中没有删除操作，否则迭代器可能失效，导致未定义行为。
7：list 的迭代器失效问题
list 的底层实现为双向链表，因此与 vector 不同，list 的插入和删除操作不会导致整体迭代器失效。具体来说：
插入操作：不会导致现有迭代器失效。
删除操作：仅导致被删除元素的迭代器失效，其他迭代器不会受影响。
7.1 删除操作导致的迭代器失效
删除操作会使指向被删除元素的迭代器失效，如果在删除元素后继续使用失效的迭代器，将会导致程序的未定义行为。因此，在执行删除操作后，我们必须重新更新迭代器。
7.1.1删除元素时正确的迭代器处理
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 查找并删除元素3 auto it = lst.begin(); while (it != lst.end()) { if (*it == 3) { it = lst.erase(it); // 删除元素并获取下一个有效迭代器 } else { ++it; // 继续遍历 } } for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 4 5 } return 0;}在上面的代码中，erase() 函数会返回一个指向被删除元素之后的迭代器，因此我们使用该返回值继续遍历。这是一种常见的迭代器删除操作的最佳实践，可以避免迭代器失效问题。
7.1.2删除后不更新迭代器
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; auto it = lst.begin(); while (it != lst.end()) { if (*it == 3) { lst.erase(it); // 删除元素，但未更新迭代器 ++it; // 错误：it 已经失效，导致未定义行为 } else { ++it; } } return 0;}在这个错误的示例中，删除操作使 it 失效，但我们在下一个循环中继续使用了失效的 it，这会导致未定义行为，可能会引发程序崩溃。
8：list 常见的其他修改操作
8.1 splice() 操作
splice() 是 list 特有的操作，它允许我们将一个 list 中的元素直接拼接到另一个 list 中，而不会重新分配内存或复制元素。该操作非常高效，因为它仅修改链表的指针。
方法名 功能描述splice(position, x) 将 list x 的所有元素插入到当前 list 中splice(position, x, it) 将 list x 中的 it 指定的元素插入到当前 list 中splice(position, x, first, last) 将 x 中 [first, last) 区间的元素插入当前 list8.1.1 使用 splice() 操作
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst1 = {1, 2, 3}; list<int> lst2 = {4, 5, 6}; // 将 lst2 的元素拼接到 lst1 的末尾 lst1.splice(lst1.end(), lst2); for (int val : lst1) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 6 } cout << "\nList 2 size: " << lst2.size() << endl; // 输出: 0 (lst2 已被清空) return 0;}splice() 可以高效地将一个链表中的元素移动到另一个链表中，它不会复制元素，也不会破坏链表的连续性。
8.2 merge() 操作
merge() 函数用于将两个已经排序好的 list 合并为一个有序的 list。它会自动按照升序或自定义的比较规则合并两个链表。
方法名 功能描述
merge(list& x) 将已排序的 x 合并到当前链表中
merge(list& x, Compare comp) 使用自定义比较函数 comp 合并 x
8.2.1 使用 merge() 操作
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst1 = {1, 3, 5}; list<int> lst2 = {2, 4, 6}; // 合并两个已排序的链表 lst1.merge(lst2); for (int val : lst1) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 6 } return 0;}merge() 会将两个有序链表合并成一个新的有序链表，并且不会对原链表进行元素的复制，只是对链表节点进行了重新连接。
9：list 的排序与去重
9.1 sort() 操作
list 提供了 sort() 函数来对链表进行排序。由于 list 不支持随机访问，因此它使用的排序算法是稳定的归并排序，性能为 O(N log N)。
方法名 功能描述
sort() 默认按照升序排序
sort(Compare comp) 使用自定义比较函数 comp 进行排序
9.1.1 对 list 进行排序
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {5, 2, 9, 1, 5, 6}; // 对链表进行排序 lst.sort(); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 5 5 6 9 } return 0;}9.1.2 使用自定义比较函数排序
#include <iostream>#include <list>using namespace std;bool customCompare(int a, int b) { return a > b; // 降序比较}int main() { list<int> lst = {5, 2, 9, 1, 5, 6}; // 使用自定义比较函数进行降序排序 lst.sort(customCompare); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 9 6 5 5 2 1 } return 0;}9.2 unique() 操作
unique() 函数用于去除链表中相邻的重复元素。它会比较相邻的两个元素，如果它们相等，则删除后一个元素。
方法名 功能描述
unique() 移除相邻的重复元素
unique(BinaryPredicate p) 使用自定义的比较规则 p 移除相邻的元素
9.2.1 使用 unique() 去重
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5}; // 去除相邻的重复元素 lst.unique(); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 } return 0;}9.2.2 使用自定义规则去重
#include <iostream>#include <list>using namespace std;bool customEqual(int a, int b) { return a % 2 == b % 2; // 自定义规则：移除相邻的偶数/奇数}int main() { list<int> lst = {1, 3, 2, 4, 5, 6}; // 使用自定义规则去重 lst.unique(customEqual); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 5 } return 0;}10：list 的其他操作
10.1 reverse() 操作
reverse() 函数用于将 list 的顺序进行反转。该操作不会创建新的链表，而是直接修改现有链表的链接顺序。
方法名 功能描述
reverse() 将 list 中的元素顺序反转
10.1.1 :反转 list 中的元素
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5}; // 反转 list 中的元素 lst.reverse(); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 5 4 3 2 1 } return 0;}通过 reverse() 函数，原本顺序存储的元素将被反转，链表中的第一个元素变为最后一个，最后一个变为第一个。
10.2 swap() 操作
swap() 函数用于交换两个 list 容器的内容。这个操作非常高效，因为 list 只交换内部的指针和相关数据，而不会实际移动或复制元素。
方法名 功能描述
swap(list& x) 交换当前 list 与 x 中的元素
10.2.1 交换两个 list 的内容
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst1 = {1, 2, 3}; list<int> lst2 = {4, 5, 6}; // 交换两个 list lst1.swap(lst2); cout << "List 1: "; for (int val : lst1) { cout << val << " "; // 输出: 4 5 6 } cout << "\nList 2: "; for (int val : lst2) { cout << val << " "; // 输出: 1 2 3 } return 0;}swap() 是一种非常高效的操作，尤其是在需要大量数据交换时，可以避免拷贝开销。
10.3 remove() 操作
remove() 函数用于从 list 中移除所有与指定值相等的元素。它会遍历整个链表，删除所有匹配的元素。
方法名 功能描述
remove(const T& val) 删除所有与 val 相等的元素
10.3.1 ：移除指定值的元素
#include <iostream>#include <list>using namespace std;int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 2, 5}; // 移除值为2的所有元素 lst.remove(2); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 3 4 5 } return 0;}remove() 函数会移除链表中所有等于指定值的元素。由于链表是双向的，这种操作不会导致大量的数据移动，只是修改指针指向。
10.4 remove_if() 操作
remove_if() 函数根据给定的条件（谓词）移除链表中符合条件的所有元素。与 remove() 不同，它可以使用自定义的判断规则来删除元素。
方法名 功能描述
remove_if(UnaryPredicate p) 移除所有满足谓词 p 条件的元素
10.4.1 使用 remove_if() 删除符合条件的元素
#include <iostream>#include <list>using namespace std;// 判断条件：删除所有偶数bool isEven(int n) { return n % 2 == 0;}int main() { list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5, 6}; // 删除所有偶数元素 lst.remove_if(isEven); for (int val : lst) { cout << val << " "; // 输出: 1 3 5 } return 0;}在这个例子中，remove_if() 根据自定义的谓词函数 isEven() 删除了链表中所有的偶数元素。
10.5 emplace() 和 emplace_back() 操作
emplace() 和 emplace_back() 是 list 提供的构造元素的方法，它们允许我们直接在链表中构造元素，避免不必要的复制操作。相比 push_back()，emplace_back() 更加高效，尤其是在插入复杂对象时。
方法名 功能描述
emplace(position, args...) 在指定位置直接构造元素
emplace_back(args...) 在链表末尾直接构造元素，避免复制构造开销
10.5.1 使用 emplace() 和 emplace_back()
#include <iostream>#include <list>using namespace std;struct Point { int x, y; Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}};int main() { list<Point> points; // 在 list 中直接构造元素 points.emplace_back(1, 2); // 在末尾构造元素 (1, 2) points.emplace(points.begin(), 3, 4); // 在起始位置构造元素 (3, 4) for (const auto& pt : points) { cout << "(" << pt.x << ", " << pt.y << ") "; // 输出: (3, 4) (1, 2) } return 0;}emplace() 和 emplace_back() 提供了更灵活和高效的插入方式，尤其在处理复杂对象时可以减少额外的构造和复制操作。