【C++篇】从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

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 从基础到进阶：全面掌握C++ List容器的使用

一. C++ list 容器简介

list 是 C++ 标准模板库 (STL) 中提供的一种顺序容器。它使用 双向链表 作为底层实现，与 vector 等连续存储的容器不同，list 提供了一种非连续的存储方式，适用于插入和删除操作频繁的场景。

1.1 list 容器的特点

1. 双向链表结构：

   • 每个节点包含一个数据元素以及前后两个指针，分别指向前一个和后一个节点。
   • 节点的非连续存储可以避免频繁的内存移动。

2. 动态大小调整：

   • list 不需要预先定义大小，会根据需要动态分配内存。

3. 高效的插入和删除：

   • 插入和删除操作时间复杂度为 O(1)，只需要调整指针，而不涉及内存的移动。
   • 适用于需要频繁在中间位置进行操作的场景。

4. 低效的随机访问：

   • 不支持随机访问（例如 list[3] 不合法），必须通过迭代器逐个访问节点。

5. 支持双向迭代：

   • 提供双向迭代器，方便从头到尾或从尾到头遍历。

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
	list l1 = { 1,2,3,4,5 };
	//使用范围for遍历
	for (auto& s : l1)
	{
		cout << s << " ";
	}
	cout << endl;
	//使用迭代器遍历
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

二.  list构造函数

2.1 常见构造函数

 2.1.1 默认构造函数

功能：创建一个空的 std::list

#include 
#include 

int main() {
    std::list myList; // 空列表
    std::cout << "Size: " << myList.size() << std::endl; // 输出 0
    return 0;
}

 2.1.2 使用初始化列表

方法：可以通过花括号 {} 初始化一个列表。

#include 
#include 

int main() {
    std::list myList = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3 4 5
    }
    return 0;
}

2.1.3 指定大小的构造

功能：创建一个指定大小的列表，元素初始化为默认值（对于基本类型是 0）

#include 
#include 

int main() {
    std::list myList(5); // 创建包含 5 个元素的列表，初始值为 0
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 0 0 0 0 0
    }
    return 0;
}

2.1.4 指定大小和初始值的构造

功能：可以同时指定列表的大小和每个元素的初始值。

#include 
#include 

int main() {
    std::list myList(5, 42); // 创建包含 5 个元素的列表，初始值均为 42
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 42 42 42 42 42
    }
    return 0;
}

 2.1.5 拷贝构造

功能：用已有的 std::list 初始化另一个列表。

#include 
#include 

int main() {
    std::list originalList = {1, 2, 3};
    std::list copiedList(originalList); // 拷贝 originalList
    for (int num : copiedList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3
    }
    return 0;
}

 2.1.6 区间构造

功能：从另一个容器（如数组、std::vector 等）中指定范围构造。

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector vec = {10, 20, 30, 40, 50};
    std::list myList(vec.begin() + 1, vec.end() - 1); // 使用范围 [20, 30, 40]
    for (int num : myList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 20 30 40
    }
    return 0;
}

 2.1.7 使用移动构造

功能：C++11 引入的移动语义，可以通过移动已有列表的内容，避免拷贝。

#include 
#include 

int main() {
    std::list originalList = {1, 2, 3};
    std::list movedList(std::move(originalList)); // originalList 内容被转移
    for (int num : movedList) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 3
    }
    return 0;
}

 这些构造方法结合 std::list 的成员函数（如 push_back, emplace_back, insert 等），可以灵活地处理双向链表数据结构。

2.1.8 相关文档

• C++ Reference: list constructor

三. list 迭代器的使用 

获取 std::list 的迭代器

std::list 提供了三种类型的迭代器：

• begin()：指向列表的第一个元素。
• end()：指向列表最后一个元素的下一个位置（即尾后迭代器）。
• rbegin() 和 rend()：反向迭代器，分别指向最后一个元素和首元素的下一个位置。

 3.1 常见迭代器

3.1.1  示例代码：使用正和反迭代器遍历 

#include 
#include 

int main() {
    std::list myList = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 使用 begin() 和 end() 正向迭代
    for (std::list::iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";  // 输出 10 20 30 40 50
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 rbegin() 和 rend() 反向迭代
    for (std::list::reverse_iterator rit = myList.rbegin(); rit != myList.rend(); ++rit) {
        std::cout << *rit << " ";  // 输出 50 40 30 20 10
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

• std::list 支持双向迭代器，可以通过正向和反向遍历元素。
• 使用 std::list 的迭代器可以轻松地进行元素的访问、插入、删除和修改。
• std::list 提供了灵活的操作方式，适合处理需要频繁插入和删除元素的场景

3.1.2 相关文档

• C++ Reference: list iterator

四. list容量管理接口（iterfac