【C++庖丁解牛】List容器的介绍及使用 | 深度剖析 | list与vector的对比

目录

• 1. list的介绍
• • 1.1 list的介绍
  • 1.2 list的存储结构
  • 1.3 list的特点
  • 2. list的使用
  • • 2.1 list的构造
    • 2.2 list iterator的使用
    • 2.3 list capacity
    • 2.4 list element access
    • 2.5 list modifiers
    • 2.6 list的迭代器失效
    • 3. list与vector的对比

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      1. list的介绍

      1.1 list的介绍

      1. list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代。
      2. list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在互不相关的独立节点中，在节点中通过指针指向其前一个元素和后一个元素。
      3. list与forward_list非常相似：最主要的不同在于forward_list是单链表，只能朝前迭代，已让其更简单高效。
      4. 与其他的序列式容器相比(array，vector，deque)，list通常在任意位置进行插入、移除元素的执行效率更好。
      5. 与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随机访问，比如：要访问list的第6个元素，必须从已知的位置(比如头部或者尾部)迭代到该位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销；list还需要一些额外的空间，以保存每个节点的相关联信息(对于存储类型较小元素的大list来说这可能是一个重要的因素)

      相比于vector的连续线型空间，list显得复杂许多，但是它的好处在于插入或删除都只作用于一个元素空间，因此list对空间的运用是十分精准的，对任何位置元素的插入和删除都是常数时间。list不能保证节点在存储空间中连续存储，也拥有迭代器，迭代器的“++”、“–”操作对于的是指针的操作，list提供的迭代器类型是双向迭代器：Bidirectional iterators。

      1.2 list的存储结构

      list容器是一种线性的数据结构，它以链表的形式存储元素。每个元素都包含一个值和指向下一个元素的指针。相邻元素通过指针连接在一起，形成一个链表。链表的头部指针指向第一个元素，尾部指针指向最后一个元素或者为空。

      list节点的结构见如下源码：

      template 
      struct __list_node{
          typedef void* void_pointer;
          void_pointer prev;
          void_pointer next;
          T data;
      }
      

      从源码可看出list显然是一个双向链表。list与vector的另一个区别是，在插入和接合操作之后，都不会造成原迭代器失效，而vector可能因为空间重新配置导致迭代器失效。

      此外list也是一个环形链表，因此只要一个指针便能完整表现整个链表。list中node节点指针始终指向尾端的一个空白节点，因此是一种“前闭后开”的区间结构

      list的空间管理默认采用alloc作为空间配置器，为了方便的以节点大小为配置单位，还定义一个list_node_allocator函数可一次性配置多个节点空间

      由于list的双向特性，其支持在头部（front)和尾部（back)两个方向进行push和pop操作，当然还支持erase，splice，sort，merge，reverse，sort等操作，这里不再详细阐述

      

      1.3 list的特点

      由于链表的特性，list容器具有以下特点：

      1. 动态内存分配：链表的节点可以在运行时动态分配内存，不需要预先指定容器的大小。
      2. 随机访问效率低：由于链表中的元素不是连续存储的，因此无法通过下标直接访问元素，需要从头部开始遍历链表，直到找到目标元素。
      3. 插入和删除效率高：由于链表的节点可以通过指针进行快速插入和删除操作，不需要移动其他元素。
      4. 不支持随机访问迭代器：list容器的迭代器只支持双向移动，无法像vector容器那样进行随机访问。

      总结一下，list容器的存储结构是通过链表实现的，具有动态内存分配、插入和删除效率高等特点。

      2. list的使用

      list中的接口比较多，此处类似，只需要掌握如何正确的使用，然后再去深入研究背后的原理，已达到可扩展的能力。以下为list中一些常见的重要接口

      2.1 list的构造

      构造函数（ (constructor)）	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

      代码演示：

      // list的构造
      void TestList1()
      {
          list l1;                         // 构造空的l1
          list l2(4, 100);                 // l2中放4个值为100的元素
          list l3(l2.begin(), l2.end());  // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
          list 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 l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
          // 列表格式初始化C++11
          list l6{ 1,2,3,4,5 };
          // 用迭代器方式打印l5中的元素
          list::iterator it = l5.begin();
          while (it != l5.end())
          {
              cout 
          // 注意这里调用的是list的 begin() const，返回list的const_iterator对象
          for (list
              cout 
          int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
          list
              cout 
              cout 
          int array[] = { 1, 2, 3 };
          list
          int array1[] = { 1, 2, 3 };
          list 7, 8, 9 };
          L.insert(pos, v.begin(), v.end());
          PrintList(L);
          // 删除pos位置上的元素
          L.erase(pos);
          PrintList(L);
          // 删除list中[begin, end)区间中的元素，即删除list中的所有元素
          L.erase(L.begin(), L.end());
          PrintList(L);
      }
      // resize/swap/clear
      void TestList5()
      {
          // 用数组来构造list
          int array1[] = { 1, 2, 3 };
          list
      	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
      	list
      		// erase()函数执行后，it所指向的节点已被删除，因此it无效，在下一次使用it时，必须先给
      		其赋值
      		l.erase(it);
      		++it;
      	}
      }
      
      	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
      	list
      		l.erase(it++); // it = l.erase(it);
      	}
      }