【十四】【C++】list 的常见用法

list 的初始化和遍历

/*list的初始化和遍历*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

void TestList1()
 {
    list<int> L1;
    list<int> L2(10, 5);
    
     vector<int> v{1,2,3,4,5};
    
     list<int> L3(v.begin(), v.end());
    
     list<int> L4(L3);
    
     // C++11
    list<int> L5{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    
     /
    // 链表遍历
    for (auto e : L2)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     // list<int>::iterator it = L3.begin();
    auto it = L3.begin();
    while (it != L3.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;
    
     auto rit = L4.rbegin();
    while (rit != L4.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;
    }
    cout << endl;
    
     // 注意：list不能使用原生态指针，即Node*来遍历链表
    // 因为list没有提供获取头指针的方法
}

int main(){
    TestList1();
 }
#endif

std::list 是一个双向链表，提供了双向序列的特性，包括有效地进行插入、删除操作等，但不支持随机访问。

初始化 std::list

空初始化： list<int> L1; 创建了一个空的 int 类型的 list。

填充初始化： list<int> L2(10, 5); 创建了一个包含 10 个元素，每个元素都初始化为 5 的 list。

范围初始化： list<int> L3(v.begin(), v.end()); 使用 vector<int> v 的迭代器范围来初始化 L3，即将 v 中的元素复制到 L3 中。

拷贝初始化： list<int> L4(L3); 使用另一个 list L3 来初始化 L4，复制 L3 的所有元素。

列表初始化 （C++11）: list<int> L5{ 1, 2, 3, 4, 5 }; 使用初始化列表直接初始化 L5。

链表遍历

范围 for 循环： 使用范围 for 循环遍历 L2，打印出其所有元素。这是 C++11 引入的一种简洁的遍历容器的方式。

使用迭代器： 通过迭代器 it 遍历 L3，同样打印出所有元素。std::list 提供的迭代器是双向迭代器。

使用反向迭代器： 通过反向迭代器 rit 遍历 L4，但这次是逆序打印出所有元素。反向迭代器从容器的末尾开始遍历至开始。

注意

代码中提到，“list不能使用原生态指针，即 Node*来遍历链表”，这是因为 std::list 的实现细节被抽象化了，用户无法像操作普通链表那样通过节点指针进行遍历或访问。std::list 提供了迭代器来抽象这些细节，使得操作更安全、更容易。

list 的 resize 操作探究

/*list的resize操作探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

void TestList2()
 {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    cout << L.size() << endl;
    
     L.resize(10, 6);
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     L.resize(20);
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     L.resize(7);
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
 }

int main(){
    TestList2();
 }
#endif

resize 方法用于调整链表的大小，即元素的数量。以下是对 TestList2 函数中各个操作的详细解释：

初始化 std::list

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };

使用初始化列表创建了一个包含元素 {1, 2, 3, 4, 5} 的 list。

调整大小并填充新元素

L.resize(10, 6);

调整 L 的大小至 10 个元素。由于新大小大于当前大小，resize 方法会添加额外的元素。在这个例子中，新增的元素被初始化为 6。因此，调整后的 list 包含元素 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 6, 6, 6}。

再次调整大小，使用默认值填充

L.resize(20);

这次 L 的大小被调整至 20 个元素。因为没有指定新元素的初始化值，新增的元素会被默认初始化。对于整数类型，这意味着它们被初始化为 0。现在，list 包含 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 6, 6, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}。

减少 list 的大小

L.resize(7);

L 的大小被减少至 7 个元素。resize 方法会移除超出新大小的元素。因此，list 现在包含 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 6}。

在每次调整大小之后，代码通过一个范围 for 循环遍历 L 并打印其所有元素，这样可以直观地看到 resize 操作的结果。

list 的插入删除操作探究

/*list的插入删除操作探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;


void TestList3()
 {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    L.push_back(6);
    L.push_back(7);
    L.push_back(8);
    L.push_back(9);
    cout << L.size() << endl;
    cout << L.front() << endl;
    cout << L.back() << endl;
    
     L.pop_back();
    L.pop_back();
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     L.push_front(0);
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     L.pop_front();
    for (auto e : L)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
    
     L.insert(L.begin(), 0);
    
     auto pos = find(L.begin(), L.end(), 5);
    if (pos != L.end())
        L.insert(pos, 5, 8);
    
     int array[] = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    
     L.insert(L.end(), array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
 }

int main(){
    TestList3();
 }
#endif

std::list 是一个双向链表，支持在任何位置高效插入和删除元素。

初始化 std::list

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };

使用初始化列表创建了一个包含元素 {1, 2, 3, 4, 5} 的链表 L。

添加元素到链表尾部

通过 push_back 方法，在链表的尾部依次添加了元素 6、7、8 和 9。

L.push_back(6);

L.push_back(7);

L.push_back(8);

L.push_back(9);

这些操作将 L 扩展为 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}。

移除链表尾部的元素

通过 pop_back 方法移除了链表尾部的两个元素（8 和 9）。

L.pop_back();

L.pop_back();

L 现在包含 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}。

在链表头部添加元素

通过 push_front 方法在链表的头部添加了元素 0。

L.push_front(0);

L 现在包含 {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}。

移除链表头部的元素

通过 pop_front 方法移除了链表头部的元素 0。

L.pop_front();

L 恢复为 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}。

在链表特定位置插入元素

首先，在链表的开始位置插入元素 0。

L.insert(L.begin(), 0);

然后，找到元素 5 的位置，并在该位置前插入五个 8。

auto pos = find(L.begin(), L.end(), 5);

if (pos != L.end())

L.insert(pos, 5, 8);

这使得 L 变为 {0, 1, 2, 3, 4, 8, 8, 8, 8, 8, 5, 6, 7}。

从数组中插入多个元素

通过 insert 方法，将一个整型数组 {10, 20, 30, 40, 50} 的所有元素插入到链表的末尾。

int array[] = { 10, 20, 30, 40, 50 };

L.insert(L.end(), array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

这将数组中的元素添加到了 L 的末尾，使得 L 最终包含 {0, 1, 2, 3, 4, 8, 8, 8, 8, 8, 5, 6, 7, 10, 20, 30, 40, 50}。

list 的 erase、assign 操作探究

/*list的erase、assign操作探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;


void TestList4()
 {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    L.push_back(6);
    L.push_back(7);
    L.push_back(8);
    L.push_back(9);
    
     L.erase(L.begin());
    L.erase(find(L.begin(), L.end(), 8));
    L.erase(L.begin(), L.end());    // clear();
    
     L.assign(10, 5);
    
     int array[] = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    L.assign(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
 }

int main(){
    TestList4();
 }
#endif

初始链表的创建和元素添加

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };

L.push_back(6);

L.push_back(7);

L.push_back(8);

L.push_back(9);

首先，通过初始化列表创建一个包含 {1, 2, 3, 4, 5} 的 list，然后依次添加元素 6、7、8 和 9 到链表的末尾，使得链表变为 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}。

删除链表中的元素

L.erase(L.begin());

删除链表的第一个元素（1）。此时链表变为 {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}。

L.erase(find(L.begin(), L.end(), 8));

使用 find 函数查找值为 8 的元素，并将其删除。此时链表变为 {2, 3, 4, 5, 6, 7, 9}。

L.erase(L.begin(), L.end()); // clear();

删除链表中从开始到结束的所有元素，相当于清空整个链表。这行代码实际上清空了链表，使其不包含任何元素。

重新分配链表内容

L.assign(10, 5);

assign 方法用于将链表的内容替换为指定数量（这里是 10）的重复元素（这里是 5）。执行这个操作后，链表包含了 10 个值为 5 的元素。

使用数组重新分配链表内容

int array[] = { 10, 20, 30, 40, 50 };

L.assign(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

再次使用 assign 方法，但这次是用数组的元素来重新分配链表的内容。通过计算数组的大小，将整个 array 的内容赋值给链表 L。执行这个操作后，链表的内容变为 {10, 20, 30, 40, 50}。

list 的 remove、sort、unique、reverse 操作探究

/*list的remove、sort、unique、reverse操作探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
void TestList5() {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 1, 1, 1};
    L.remove(1);

    L.sort();

    L.unique();

    L.reverse();
 }

int main() {
    TestList5();
 }
#endif

初始链表的创建

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, 1, 1, 1};

首先，通过初始化列表创建了一个包含重复元素的 list。

删除特定元素

L.remove(1);

remove 方法从链表中删除所有值为 1 的元素。执行这个操作后，链表中所有的 1 被移除，链表变为 {2, 3, 4, 5, 2, 3, 4, 5}。

对链表进行排序

L.sort();

sort 方法对链表中的元素进行排序。std::list 提供了自己的 sort 成员函数，因为标准算法库中的 std::sort 需要随机访问迭代器，而 list 只提供双向迭代器。排序后，链表变为 {2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5}。

移除连续重复的元素

L.unique();

unique 方法移除链表中连续重复的元素，只保留了每组重复元素中的第一个元素。在排序后的链表中应用 unique，会移除所有的连续重复项，链表变为 {2, 3, 4, 5}。

反转链表

L.reverse();

reverse 方法将链表中的元素反向排列。执行这个操作后，链表中的元素顺序被反转，即 {5, 4, 3, 2}。

list 的 remove_if 操作探究

/*list的remove_if操作探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

bool IsEven(int data) {
    // 5的二进制：0000 0101
    //          0000 0001
    // return 0 == (data & 0x01);
    return 0 == data % 2;
 }



void TestList6() {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    L.push_back(6);
    L.push_back(7);
    L.push_back(8);
    L.push_back(9);

    L.remove_if(IsEven);
 }

int main() {
    TestList6();
 }
#endif

remove_if 方法允许用户指定一个谓词（一个返回布尔值的函数或函数对象），根据这个谓词来决定哪些元素应该被移除。

定义判定函数

bool IsEven(int data) {

return 0 == data % 2;

}

这个函数 IsEven 检查给定的整数是否为偶数。如果是偶数，返回 true；否则返回 false。

初始化 std::list 并添加元素

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };

L.push_back(6);

L.push_back(7);

L.push_back(8);

L.push_back(9);

首先，通过初始化列表创建了一个包含元素 {1, 2, 3, 4, 5} 的 list，然后依次添加了元素 6、7、8 和 9 到链表的末尾。

使用 remove_if 根据条件移除元素

L.remove_if(IsEven);

remove_if 方法接受一个谓词函数 IsEven 作为参数，并移除 L 中所有使得 IsEven 返回 true 的元素。在这个例子中，它会移除链表中所有的偶数。

执行 remove_if 之后，原始链表 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 中的偶数元素被移除，留下了 {1, 3, 5, 7, 9}。

list 的迭代器失效探究

/*list的迭代器失效探究*/
#if 1
#include <list>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

void TestList7() {
    list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };
    L.push_back(6);
    L.push_back(7);
    L.push_back(8);
    L.push_back(9);

//1
    auto it = L.begin();
    L.pop_front();
    while (it != L.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
//2
    L.resize(0);
    while (it != L.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
//3
    L.assign(10, 5);
    list<int> L1{ 10, 20, 30, 40, 50 };
    L = L1;

    while (it != L.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
//4
    while (it != L.end()) {
        // L.erase(it);
        // ++it;
        it = L.erase(it);
    }
 }

int main() {
    TestList7();
 }
#endif

初始化列表和添加元素

list<int> L{ 1, 2, 3, 4, 5 };

L.push_back(6);

L.push_back(7);

L.push_back(8);

L.push_back(9);

这段代码初始化了一个包含 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} 的 list。

删除链表的第一个元素

auto it = L.begin();

L.pop_front();

it 初始化为指向链表的第一个元素。随后，pop_front() 删除了链表的第一个元素。由于 it 此时指向的元素被删除，it 的状态变得未定义，导致迭代器失效。正确的做法是在删除操作之后重新获取 begin() 的迭代器。

清空链表

L.resize(0);

这段代码将链表的大小调整为 0，相当于清空了链表。此时，除了 end() 迭代器之外，任何其他迭代器都变得无效，包括之前的 it。

stl_list_h 中"operator ="底层代码

/*operator = 重载*/
template <class T, class Alloc>
list<T, Alloc>& list<T, Alloc>::operator=(const list<T, Alloc>& x) {
  if (this != &x) {
    iterator first1 = begin();
    iterator last1 = end();
    const_iterator first2 = x.begin();
    const_iterator last2 = x.end();
    while (first1 != last1 && first2 != last2) *first1++ = *first2++;
    if (first2 == last2)
      erase(first1, last1);
    else
      insert(last1, first2, last2);
  }
  return *this;
 }

template <class T, class Alloclist<T, Alloc>& list<T, Alloc>::operator=(const list<T, Alloc>& x) {

这一行声明了一个模板函数，这个函数是list类的成员函数，用于重载赋值运算符=。T是列表中存储元素的类型，而Alloc是分配器类型，用于控制元素的内存分配。该函数接收一个常量引用x作为参数，这个参数是另一个list对象，表示要从中复制数据。函数返回对当前对象的引用，允许链式赋值。

if (this != &x) {

这一行检查自赋值的情况。如果被赋值的对象（*this）和赋值来源对象（x）是同一个对象，则不执行任何操作。这是为了防止自我复制时可能发生的资源泄露或不必要的操作。

iterator first1 = begin(); iterator last1 = end(); const_iterator first2 = x.begin(); const_iterator last2 = x.end();

这四行代码初始化四个迭代器。first1和last1分别是当前list对象的起始和结束位置的迭代器。first2和last2是参数x（即要复制的list对象）的起始和结束位置的常量迭代器。

while (first1 != last1 && first2 != last2) *first1++ = *first2++;

这行代码在两个列表都没有遍历完之前，逐个元素地从x复制元素到当前对象。*first1++ = *first2++这个表达式复制元素值，并将两个迭代器分别向前移动到下一个元素。

if (first2 == last2)erase(first1, last1);elseinsert(last1, first2, last2);

在完成上述循环后，会有两种情况：

如果x的元素已经复制完，但当前对象中还有剩余元素，这些剩余元素需要被删除。这通过调用erase(first1, last1)实现，它删除从first1到last1（不包括last1）范围内的所有元素。

如果当前对象的元素已经被完全覆盖，但x中还有未复制的元素，这些元素需要被插入到当前对象的末尾。这通过调用insert(last1, first2, last2)实现，它从first2到last2的范围内插入元素到last1位置之前。

return *this;

最后，函数返回当前对象的引用，使得可以进行链式赋值操作（例如，a = b = c）。

重新分配链表内容

L.assign(10, 5);

list<int> L1{ 10, 20, 30, 40, 50 };

L = L1;

assign底层实现和operator=大致是相同的。根据迭代器指向的位置元素是否被销毁来判断迭代器是否失效。示例代码迭代器没有发生失效。

删除操作

while (it != L.end()) {

it = L.erase(it);

}

这种模式是正确的方式来删除链表中的元素，因为 erase 返回指向被删除元素下一个元素的迭代器。

结尾

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