C++入门——08list

1.std::list

学习文档：cplusplus.com/reference/list/list/?kw=list

• 底层数据结构：双向链表，每个节点包含指向前一个和后一个节点的指针。
• 迭代：支持双向迭代（前向和后向）。
• 操作效率：在任意位置的插入和删除操作效率较高，因为这些操作不涉及数据的移动。
• 随机访问：不支持随机访问，访问特定位置的元素需要线性时间。
• 额外开销：每个节点需要额外的指针存储开销，这可能在存储大量小数据类型时带来额外的空间开销。

2.list常用接口

• list()无参构造函数：

// 无参构造函数
std::list<int> l1;

• 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

// 填充构造函数
std::list<int> l2(5, 10); // l2: [10, 10, 10, 10, 10]

• list (const list& x) 拷贝构造函数

// 拷贝构造函数
std::list<int> l3(l2); // l3 是 l2 的副本

• list (InputIterator first, InputIterator last) 用[first, last)区间中的元素构造list

// 范围构造函数
    std::vector<int> vec{1, 2, 3, 4, 5};
    std::list<int> l4(vec.begin(), vec.end()); // l4: [1, 2, 3, 4, 5]

• begin 和 end，begin返回指向 list 中第一个元素的迭代器,end返回指向 list 中最后一个元素的下一个位置的迭代器。iterator（非 const 迭代器）或 const_iterator（const 迭代器，取决于 list 对象是否为 const）。

begin与end为正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};

// 使用 begin 和 end 遍历 list
std::cout << "Forward iteration:" << std::endl;
for (auto it = l.begin(); it != l.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;


//Forward iteration: 1 2 3 4 5 

• rbegin 和 rend,rbegin返回指向 list 中最后一个元素的反向迭代器（即逆序开始位置）。rend返回指向 list 中第一个元素之前的位置的反向迭代器（即逆序结束位置）。

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

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};

// 使用 rbegin 和 rend 遍历 list
std::cout << "Reverse iteration:" << std::endl;
for (auto rit = l.rbegin(); rit != l.rend(); ++rit) {
    std::cout << *rit << " ";
}
std::cout << std::endl;
//Reverse iteration: 5 4 3 2 1

• empty 检测list是否为空，是返回true，否则返回false

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};

// 检查 list 是否为空
if (l.empty()) {
   std::cout << "The list is empty." << std::endl;
} else {
   std::cout << "The list is not empty." << std::endl;
}

• size 返回list中有效节点的个数

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 输出 list 中的元素数量
std::cout << "The size of the list is: " << l.size() << std::endl;  
//The size of the list is: 5

• front 返回list的第一个节点中值的引用

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};

// 获取并打印第一个元素
if (!l.empty()) {
   std::cout << "The first element is: " << l.front() << std::endl;
}
//The first element is: 1

• back 返回list的最后一个节点中值的引用

std::list<int> l{1, 2, 3, 4, 5};
// 获取并打印最后一个元素
if (!l.empty()) {
   std::cout << "The last element is: " << l.back() << std::endl;
}
//The last element is: 5

• push_front 在list首元素前插入值为val的元素

std::list<int> l;
// 使用 push_front 和 push_back
l.push_front(1);
l.push_front(0);
// 0 1

• pop_front 删除list中第一个元素

l.pop_front();  // 删除 0
// 1

• push_back 在list尾部插入值为val的元素

l.push_back(2);
l.push_back(3);
// 1 2 3



void push_back(const value_type& val);
void push_back(value_type&& val);

• pop_back 删除list中最后一个元素

l.pop_back();   // 删除 3
// 1 2 

• insert 在list position 位置前插入值为val的元素

// 使用 insert
auto it = l.begin();
++it;
l.insert(it, -1); // 在第二个位置前插入 -1
// 1 -1 2



//在 list 中指定位置 position 前插入一个或多个元素。
iterator insert(const_iterator position, const value_type& val);
iterator insert(const_iterator position, value_type&& val);
iterator insert(const_iterator position, size_type count, const value_type& val);
template <class InputIterator>
iterator insert(const_iterator position, InputIterator first, InputIterator last);

• erase 删除list position位置的元素

// 使用 erase
it = l.begin();
l.erase(it);    // 删除 1
//-1 2


//删除 list 中指定位置 position 的元素或指定范围 [first, last) 的元素。
iterator erase(const_iterator position);
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

• swap 交换两个list中的元素

std::list<int> l2{10, 20, 30};
l.swap(l2);     // 交换 l 和 l2 的内容
//10 20 30   

• clear 清空list中的有效元素

 l.clear();      // 清空 l
// 

3.list的迭代器失效

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。

1. 删除操作后的迭代器：

   • 使用 erase 删除的元素的迭代器会失效，但其他迭代器不会受到影响。在删除操作后，确保更新或重新获得需要的迭代器。

2. 插入操作后的迭代器：

   • insert 操作不会使现有迭代器失效，因此可以在插入操作之后继续使用原来的迭代器进行遍历。

void TestListIterator1()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
    auto it = l.begin();
    while (it != l.end())
    {
        // 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;
     }
}


// 改正
void TestListIterator()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    list<int> l(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
    auto it = l.begin();
    while (it != l.end())
    {
        l.erase(it++); // it = l.erase(it);
    }
}

4.list与vector的对比,跟顺序表和链表类似