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?前言?️正文1、默认成员函数1.1、构造1.2、拷贝构造1.3、赋值重载1.4、析构 2、迭代器2.1、特殊设计模式 3、容量相关4、数据访问5、数据修改6、特殊操作6.1、拼接6.2、移除6.3、排序6.4、逆置 ?总结
?前言
STL 中的 vector 存在头部及中部操作效率低的缺陷，需要另一种容器来弥补其短板，此时 list 就应运而生，list 是一个双向带头循环链表，是链表的终极形态，除了不支持下标的随机访问外，其他方面效率都是极高的，本文将带大家认识、使用 list 容器
list 的结构示意图（双向带头循环链表）
出自 《STL源码剖析》
?️正文
学习使用容器首先需要从 默认成员函数 入手
1、默认成员函数
1.1、构造
list 支持三种构造方式：默认构造、带参构造及迭代器区间构造
默认构造：生成一个 list 对象，此时只有一个头节点（哨兵位节点）
带参构造：初始化对象，内含 n 个 val 值
迭代器区间构造：根据传入的迭代器区间，构造出目标区间值的对象
void TestList(){vector<int> arr = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };list<int> l1;//默认构造list<int> l2(10, 1);//带参构造list<int> l3(arr.begin(), arr.end());//迭代器区间构造cout << "l1 size: " << l1.size() << endl;for (auto e : l1) cout << e << " ";cout << endl;cout << "l2 size: " << l2.size() << endl;for (auto e : l2) cout << e << " ";cout << endl;cout << "l3 size: " << l3.size() << endl;for (auto e : l3) cout << e << " ";cout << endl;}
注意： list 中不存在扩容的概念，欲使用的节点都是按需申请的，不会造成空间浪费
1.2、拷贝构造
将已存在的 list 对象拷贝构造出一个新的对象
void TestList(){list<int> src(5, 4);list<int> dst(src);cout << "src: ";for (auto e : src)cout << e << " ";cout << endl;cout << "dst: ";for (auto e : dst)cout << e << " ";cout << endl;}
拷贝构造出的新对象数据与源对象一模一样
1.3、赋值重载
赋值重载类似于拷贝构造，不过使用赋值重载时，源对象与目标对象都已存在
void TestList(){const char* ps = "Hello list!";list<char> src(ps, ps + strlen(ps));list<char> dst;//即使目标小于源，也能进行赋值dst = src;cout << "dst: ";for (auto e : dst)cout << e;cout << endl;}
注意： 即使目标对象比源对象小，也可以进行赋值
1.4、析构
对象成功创建，在其生命周期结束时，会自动调用析构函数，对其进行内存释放
随着析构函数的调用，对象中的头节点（哨兵节点）也将失效
2、迭代器
2.1、特殊设计模式
list 中的迭代器比较特殊，不同于 string 和 vector 的随机迭代器，list 中的是双向迭代器，不支持 it + 1、it - 1 等操作，只能做单纯的双向移动，并且 list 中的迭代器不再是一个单纯的原生指针，而是一个经过封装的类（模拟实现时详细讲解）
list 中也有多种迭代器
iterator反向迭代器 reveser_iterator正向与反向的 const 版本 
实际使用时，正向迭代器与 begin()、end() 匹配使用，反向迭代器与 rbegin()、rend() 匹配使用
void TestList(){string str = "I love BeiJing";list<char> l(str.begin(), str.end());//迭代器区间构造//正向遍历list<char>::iterator it = l.begin();while (it != l.end()){cout << *it;it++;}cout << endl;//反向遍历list<char>::reverse_iterator rit = l.rbegin();while (rit != l.rend()){cout << *rit;rit++;}cout << endl;}
因为 list 不支持下标的随机访问，所以在对 list 对象进行遍历时，必须使用迭代器，其他使用非连续空间容器也是如此，由此可以看出迭代器设计的巧妙之处（以统一的接口，规范所有容器的使用）
注意： list 也存在迭代器失效问题，在 erase 节点后，此处的迭代器将失效，需要及时更新迭代器
3、容量相关
list 中也存在容量相关概念
void TestList(){list<int> l(100, 1);//大小为100cout << "empty(): " << l.empty() << endl;//0表示不为空cout << "size(): " << l.size() << endl;cout << "max_size(): " << l.max_size() << endl;}
注意： max_size() 常用来检查大小调整时的合法性，假设欲调整大小大于 max_size()，则不再执行 resize()
4、数据访问
访问 list 对象中数据时，采用 front() 和 back() 进行首尾数据的访问
void TestList(){vector<int> v = { 1,2,3,4,5 };list<int> l(v.begin(), v.end());cout << "Front: " << l.front() << endl;cout << "Back: " << l.back() << endl;}
其实 front() 就是头节点的下一个节点，back() 则是头节点的上一个节点
若是想遍历访问整个 list 对象，可以使用迭代器或范围 for
5、数据修改
双向链表对于头尾数据操作很占优势，因此提供的相关接口较多
赋值、头插删、尾插删
void Print(list<int>& l){for (auto e : l)cout << e << " ";cout << endl;}void TestList(){vector<int> v = { 1,2,3 };list<int> l(v.begin(), v.end());cout << "Original: ";Print(l);l.assign(5, 9);//赋值为 5个 9cout << "assign: ";Print(l);l.push_front(10);cout << "push_front: ";Print(l);l.pop_front();cout << "pop_front: ";Print(l);l.push_back(10);cout << "push_back: ";Print(l);l.pop_back();cout << "pop_back: ";Print(l);}
任意位置插删
需要配合迭代器使用，而目标位置的迭代器可以通过全局函数 find() 获取
void Print(list<int>& l){for (auto e : l)cout << e << " ";cout << endl;}void TestList(){vector<int> v = { 1,2,3 };list<int> l(v.begin(), v.end());cout << "Original: ";Print(l);//任意位置插入auto pos = find(l.begin(), l.end(), 2);cout << "insert(pos, val): ";l.insert(pos, 100);Print(l);cout << "insert(pos, n, val): ";l.insert(pos, 3, 6);Print(l);cout << "insert(pos, first, last): ";l.insert(pos, v.begin(), v.end());Print(l);//任意位置删除pos = find(l.begin(), l.end(), 3);cout << "erase(pos): ";l.erase(pos);Print(l);cout << "erase(first, last): ";l.erase(l.begin(), l.end());Print(l);}
关于 find(): 如果出现相同值，默认返回第一次找到的位置
注意： erase 也会迭代器失效问题，需要及时更新迭代器位置
交换、调整、清理
虽说已有 std::swap，但 list 中的 swap 效率会更高，直接交换头节点，比调用拷贝构造函数进行交换好得多
list 也支持调整其大小，假设调整后大小大于原大小，会尾插 T() 值
void Print(list<int>& l1, list<int>& l2){cout << "l1 size(): " << l1.size() << endl;for (auto e : l1)cout << e << " ";cout << endl;cout << "l2 size(): " << l2.size() << endl;for (auto e : l2)cout << e << " ";cout << endl;cout << "============" << endl;}void TestList(){vector<int> v = { 1,2,3 };list<int> l1(v.begin(), v.end());list<int> l2(v.rbegin(), v.rend());cout << "Original" << endl;Print(l1, l2);cout << "swap(): " << endl;l1.swap(l2);Print(l1, l2);cout << "resize(): " << endl;l1.resize(1);l2.resize(10);Print(l1, l2);cout << "clear(): " << endl;l2.clear();Print(l1, l2);}
注意： resize() 中参数的最大值，不能超过 max_size() 值；C++11 中新增了许多函数，比如 emplace_front() 等，它们的功能与常规操作一致，不过在某些场景下性能更优
6、特殊操作
对于 list 来说，还存在许多特殊操作，比如链表拼接、链表元素移除、链表逆置等等
6.1、拼接
拼接即 splice()，对原链表中的区间进行拼接操作，拼接后，源区间将会消失，因此拼接操作应该叫做 move 才合理
void Print(list<int>& dst, list<int>& src){cout << "dst size(): " << dst.size() << endl;for (auto e : dst)cout << e << " ";cout << endl;cout << "src size(): " << src.size() << endl;for (auto e : src)cout << e << " ";cout << endl;cout << "============" << endl;}void TestList(){vector<int> v = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };list<int> dst(v.begin(), v.begin() + 5);list<int> src(v.begin() + 5, v.end());cout << "Original" << endl;Print(dst, src);cout << "splice(pos, list): " << endl;dst.splice(dst.end(), src);//拼接至结尾Print(dst, src);cout << "splice(pos, list, it): " << endl;dst.splice(dst.end(), dst, dst.begin());//拼接至结尾Print(dst, src);auto first = dst.begin();first++;//指向第二个节点auto last = dst.end();//指向最后一个节点cout << "splice(pos, list, first, last): " << endl;dst.splice(dst.begin(), dst, first, last);//拼接至开头Print(dst, src);}
关于拼接（接合）过程可以参考下图：
注意： 拼接之后，原位置处的节点将消失（已被拼接至其他地方）
6.2、移除
可能委员会觉得 find() + erase() 这种写法不太方便，于是就重新定义了一种新方法 remove()，简单来说，它就是 find() + erase() 的封装版，使用起来很方便
void TestList(){vector<int> v = { 1,2,3 };list<int> l(v.begin(), v.end());cout << "Original: ";for (auto e : l)cout << e << " ";cout << endl;l.remove(2);//移除元素2cout << "remove(): ";for (auto e : l)cout << e << " ";cout << endl;}
6.3、排序
list 也支持排序，不过用的是其他排序方法，且效率较低（库中的 std::sort 用的是快排，需要下标进行随机访问，因此 list 无法使用）
注意： 实际上，list 的效率比较低，还不如先将数据拷贝至 vector 中，排完序后再拷贝回来的效率高
void TestList(){srand((size_t)time(NULL));//种子int n = 10000000;//排序千万级数据vector<int> tmp;tmp.reserve(n);list<int> l1;list<int> l2;int val = 0;int i = 0;while (i < n){//放入随机数val = rand() % 100 + 1;l1.push_back(val);l2.push_back(val);i++;}//进行排序//使用 list::sortint begin1 = clock();l1.sort();int end1 = clock();//使用 std::sortint begin2 = clock();//拷贝至 vector 中for (auto e : l2)tmp.push_back(e);std::sort(tmp.begin(), tmp.end());//快排//拷贝回去int pos = 0;for (auto& e : l2)e = tmp[pos++];int end2 = clock();cout << "list::sort: " << end1 - begin1 << endl;cout << "std::sort: " << end2 - begin2 << endl;}
可以看出，即使是 拷贝->排序->拷贝，速度也比直接使用 list::sort 快一倍左右（排序千万级数据）
6.4、逆置
reverse() 可以直接将 list 对象进行逆置（无脑解决链表翻转问题）
void TestList(){string str = "I love BeiJin";list<char> l(str.begin(), str.end());cout << "Original: ";for (auto e : l)cout << e;cout << endl;cout << "reverse(): ";l.reverse();for (auto e : l)cout << e;cout << endl;}
关于运算符重载（逻辑比较）：实现时，只需要调用对象中具体数据类型的函数即可，比如 list<vector>，在 list::operator==() 中，每个数据调用 vector::operator==() 进行逻辑判断
除此之外， list 中还有其他函数，感兴趣的同学可以阅读官方文档 《list》
?总结
以上就是本次关于 STL 中的 list 容器学习使用的全部内容了，list 相对于前两种容器来说比较特殊，值得细细研究，list 的核心内容在于其迭代器类的设计，将在下篇文章 《list的模拟实现》中讲解
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