1、list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 的底层是带头双向循环链表结构，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)
2、list用法
list的接口有很多，具体如下
具体用法可以查看 https://legacy.cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list
下面我介绍一些常用的接口的用法
2.1 list的构造
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构造函数（constructor）
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接口说明
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list (size_type n, const value_type& val = value_type())
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构造的 list 中包含 n 个值为 val 的元素
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list()
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构造空的 list
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list (const list& x)
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拷贝构造函数
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list (InputIterator first, InputIterator last)
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用 [first, last) 区间中的元素构造 list
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// list的构造
void TestList1()
{
list<int> l1; // 构造空的l1
list<int> l2(4, 100); // l2中放4个值为100的元素
list<int> l3(l2.begin(), l2.end()); // 用l2的[begin(), end()）左闭右开的区间构造l3
list<int> 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<int> l5(array, array + sizeof(array) / sizeof(int));
// 列表格式初始化C++11
list<int> l6{ 1,2,3,4,5 };
// 用迭代器方式打印l5中的元素
list<int>::iterator it = l5.begin();
while (it != l5.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// C++11范围for的方式遍历
for (auto& e : l5)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
2.2list iterator的使用
迭代器底层是使用指针实现的，所以，我们可以把迭代器当成一个指针，指向list的某个结点。所有的容器的迭代器都被重命名为iterator
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函数声明
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接口说明
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begin + end
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返回第一个元素的迭代器 + 返回最后一个元素下一个位置的迭代器
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rbegin +
rend
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返回第一个元素的 reverse_iterator, 即 end 位置 ， 返回最后一个元素下一个位置的
reverse_iterator, 即 begin 位置
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【注意】
1. begin 与 end 为正向迭代器，对迭代器执行 ++ 操作，迭代器向后移动
2. rbegin(end) 与 rend(begin) 为反向迭代器，对迭代器执行 ++ 操作，迭代器向前移动
//iterator
void PrintList(const list<int>& l)
{
for (list<int>::const_iterator it = l.begin(); it != l.end(); ++it)
{
cout << *it << " ";
// *it = 10; 这里是const_iterator ，it指向的内容不能被修改，所以编译不通过
}
cout << endl;
}
void TestList2()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
list<int> l(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 使用正向迭代器正向list中的元素
// list<int>::iterator it = l.begin();
auto it = l.begin();
while (it != l.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 使用反向迭代器逆向打印list中的元素
// list<int>::reverse_iterator rit = l.rbegin();
auto rit = l.rbegin();
while (rit != l.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
}
2.3list modifiers
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函数声明
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接口说明
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push_front
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在 list 首元素前插入值为 val 的元素
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pop_front
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删除 list 中第一个元素
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push_back
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在 list 尾部插入值为 val 的元素
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pop_back
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删除 list 中最后一个元素
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insert
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在 list position 位置中插入值为val的元素
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erase
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删除 list position 位置的元素
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swap
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交换两个 list 中的元素
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clear
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清空 list 中的有效元素
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void TestList1()
{
int array[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 在list的尾部插入4，头部插入0
L.push_back(4);
L.push_front(0);
PrintList(L);
// 删除list尾部节点和头部节点
L.pop_back();
L.pop_front();
PrintList(L);
}
// insert /erase
void TestList2()
{
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> L(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
// 获取链表中第二个节点
auto pos = ++L.begin();
cout << *pos << endl;
// 在pos前插入值为4的元素
L.insert(pos, 4);
PrintList(L);
// 在pos前插入5个值为5的元素
L.insert(pos, 5, 5);
PrintList(L);
// 在pos前插入[v.begin(), v.end)区间中的元素
vector<int> v{ 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 TestList3()
{
// 用数组来构造list
int array1[] = { 1, 2, 3 };
list<int> l1(array1, array1 + sizeof(array1) / sizeof(array1[0]));
PrintList(l1);
// 交换l1和l2中的元素
list<int> l2;
l1.swap(l2);
PrintList(l1);
PrintList(l2);
// 将l2中的元素清空
l2.clear();
cout << l2.size() << endl;
}2.4list的迭代器失效
前面说过，此处大家可将迭代器暂时理解成类似于指针，迭代器失效即迭代器所指向的节点的无效，即该节 点被删除了 。因为 list 的底层结构为带头结点的双向循环链表 ，因此 在 list 中进行插入时是不会导致 list 的迭代 器失效的，只有在删除时才会失效，并且失效的只是指向被删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。
//这是一个模拟List的clear的实现
//这是错误写法
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
erase(it);
it++;
}
}
//这段代码之所以错误，主要是因为,it指向的那个结点已经被删除了，所以it再++是找不到后面节点的位置的。
///
//正确写法
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it=erase(it);//删除这个结点，返回这个结点的下一个位置给it。
}
}3、list的模拟实现
3、1node类模板
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace A
{
//用命名区间A把自己实现的list圈起来，防止与库里面的混淆
........
}首先先构造出结点的类模板list_node<T>，因为struct默认所有成员都是public，我们需要在类外面使用list_node,所以这里使用struct。定义三个成员变量 _next下一个节点，_pre上一个结点和数据data。
template <class T>
struct list_node
{
typedef list_node<T> Node;
Node* _next;
Node* _pre;
T _data;
list_node(const T& val=T())
:_next(nullptr)
,_pre(nullptr)
,_data(val)
{
}
};3、2迭代器类模板
l链表的物理结构并不是连续的，它不像string、vector的结构，对list进行++时找不到它的下一个结点的。所以我们必须自己模拟出它的迭代器。
定义一个迭代器类模板，在里面服用list_node类，定义出迭代器的成员变量_node。在里面实现出我们需要用的运算符
template<class T,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T,Ref,Ptr> self;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{
}
Node* _node;
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_pre;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->pre;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
bool operator != (const self& s)
{
return _node != s._node;
}
};3、3list类模板
实现出list的迭代器，我们就可以正式来模拟list接口了。
首先定义一个哨兵位结点，这也是list类模板唯一的成员变量。在此我们复用list_node类模板和迭代器类模板，然后我们实现list的各个接口
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T,T&,T*> iterator;
typedef __list_iterator<T,const T&,const T*> const_iterator;
void init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_pre = _head;
}
list()
{
init();
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it=erase(it);
}
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
}
list(const list<T>& lt)//构造
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_pre = _head;
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
void push_back(const T& x)
{
Node* tail = _head->_pre;
Node* newnode = new Node(x);
tail->_next = newnode;
newnode->_pre = tail;
newnode->_next = _head;
_head->_pre = newnode;
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
iterator insert(iterator pos,const T& x)
{
Node* newnode = new Node(x);
Node* cur = pos._node;
Node* pre = cur->_pre;
pre->_next = newnode;
newnode->_pre = pre;
newnode->_next = cur;
cur->_pre = newnode;
return newnode;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* cur = pos._node;
Node* pre = cur->_pre;
Node* next = cur->_next;
pre->_next=next;
next->_pre = pre;
delete cur;
return next;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin() const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end() const
{
return _head;
}
private:
Node* _head;
};上面就是list的常见接口的模拟实现，有些并不常见的我没有在此写出原来，如果以后见到的时候大家查一下List的文档就可以了，使用方法都很简单。
4、list的优缺点
带头结点的双向循环链表 ，list这个容器常用于适合大量插入删除数据的场景，由于它是一个个结点链接，所以它移动节点会很方便，并不需要挪动数据，头插头删，或者任意位置插入删除都很高效。但是它的缺点也很明显：不支持随机访问，访问某个元素效率O(N)，底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低，缓存利用率低。大家使用的时候注意能否适合使用List。
