C++ STL-List容器概念及应用方法详解

1.链表概念

功能：将数据进行链式存储。

链表（list）是一种物理存储单元上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的 。

链表的组成：链表由一系列结点组成 。

结点的组成：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域STL中的链表是一个双向循环链表。

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间，因此链表list中的迭代器只支持前移和后移，属于双向迭代器。

list的优点：

• 采用动态存储分配，不会造成内存浪费和溢出。
• 链表执行插入和删除操作十分方便，修改指针即可，不需要移动大量元素。

list的缺点：

• 链表灵活，但是空间(指针域) 和 时间（遍历）额外耗费较大。
• List有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效，这在vector是不成立的。

2.头文件

头文件：#include<list>

3.初始化

格式为：explicit list (const allocator_type& alloc = allocator_type());

我们以int类型作为参数为例进行创建，其创建方法与vector无异

list<int> l1;           //创建一个空链表
  list<int> l2(10);       //创建一个链表其有10个空元素
  list<int> l3(5,20);     //创建一个链表其有5个元素内容为20
  list<int> l4(l3.begin(),l3.end());  //创建一个链表其内容为l3的内容
  list<int> l5(l4);               //创建一个链表其内容为l4的内容

4. 迭代器

遍历代码举例(其方法和vector版本无异只是更加精简)：

list<int> li;
for(list<int>::iterator it=li.begin();it!=li.end();it++){
        cout<<*it<<' ';
    }

5. 常用接口

我们使用list<int> li;预先创建了一个链表，命名为li，方便举例

5.1 判断是否为空empty()

返回一个bool类型的值，只存在真和假，当链表为空时为真，不为空时为假

函数原型

bool empty() const;

if(li.empty()){     //当链表为空的时候执行
        cout<<"is empty()"<<endl;
    }else{
        cout<<"not empty()"<<endl;
    }

5.2 获取大小size()

返回链表元素的个数

函数原型

size_type size() const;

cout<<li.size()<<endl;

5.3 链表前插入push_front() &&删除 pop_front()

push_front()表示在链表最前端插入一个数据，pop_front()表示在链表最前端删除一个数据。

函数原型

void push_front (const value_type& val);

void pop_front();

li.push_front(10);
li.pop_front();

5.4 链表后插入push_back() &&删除 pop_back()

push_back()表示在链表尾插入一个数据，pop_back()表示将链表尾删除一个数据。

函数原型：

void push_back (const value_type& val);

void pop_back();

li.push_back(10);
    li.pop_back();

5.5 插入insert()

插入元素到指定位置，通过在元素之前在指定位置插入新元素来扩展向量，从而有效地增加容器大小所插入的元素数量。

函数原型：

插入单一数据到指定位置：

iterator insert (iterator position, const value_type& val);

插入一段数据到指定位置：

void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);

插入一段别的容器的数据到指定位置：

template <class InputIterator>

void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);

使用举例：

	li.insert(li.begin(),10);     //在链表最前端插入数据10
    li.insert(li.begin(),5,20);   //在链表最前端插入5个数据内容为20
  
    list<int> k(2,50);   //创建一个新的链表k,其拥有2个元素内容均为50
    li.insert(li.begin(),li.begin(),li.end());  //在链表v最前端插入链表上K的全部内容

5.6 删除erase()

删除一个元素，或者是一段区间的元素，将会自动缩减空间使用。

函数原型：

iterator erase (iterator position);

iterator erase (iterator first, iterator last);

使用举例

li.erase(li.begin());     //删除第一个元素
li.erase(li.begin(),li.begin()+4); //删除前4个元素

5.7 排序sort()

让整个链表变成升序状态，或者变成自定义的排序状态

函数原型：

void sort();

template <class Compare>   void sort (Compare comp);

详细举例：

#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;

int cmp(const int &a,const int &b){ 
    //简单的自定义降序序列
    return a>b;
}
int main(){
    list<int> li;           //创建一个空链表
    for(int i=10;i>=6;i--){
        li.push_back(i);
    }

    li.push_front(3);
    li.push_back(20);

    list<int> li2(li);
    for(list<int>::iterator it=li.begin();it!=li.end();it++){
        cout<<*it<<' ';
    }
    cout<<endl;

//排序前3 10 9 8 7 6 20//
    li.sort();
  
    for(list<int>::iterator it=li.begin();it!=li.end();it++){
        cout<<*it<<' ';
    }
    cout<<endl;
//默认排序后 3 6 7 8 9 10 20//

    li2.sort(cmp);
    for(list<int>::iterator it=li2.begin();it!=li2.end();it++){
        cout<<*it<<' ';
    }
    cout<<endl;
//自定义排序后 20 10 9 8 7 6 3//
    return 0;
}

5.8 逆序reverse()

相对于自定义的降序方法，STL提供了一个默认的降序方法reverse()，类似于sort一样直接使用即可。

void reverse();

li.reverse();

6. List常见用法

创建list容器的函数原型：

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list容器构造函数

void printList(const list<int>&L)
{
	for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	//创建list容器
	list<int>L1;  //默认构造

	//添加数据
	L1.push_back(10);
	L1.push_back(20);
	L1.push_back(30);
	L1.push_back(40);

	//遍历容器
	printList(L1);

	//区间构造方式
	list<int>L2(L1.begin(), L1.end());
	printList(L2);

	//拷贝构造
	list<int>L3(L2);
	printList(L3);

	//n个elem
	list<int>L4(5, 1000);
	printList(L4);
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6.1 list赋值和交换

给list容器进行赋值，以及交换list容器的函数原型：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list容器构造函数

void printList(const list<int>&L)
{
	for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	//创建list容器
	list<int>L1;  //默认构造

	//添加数据
	L1.push_back(10);
	L1.push_back(20);
	L1.push_back(30);
	L1.push_back(40);

	//遍历容器
	printList(L1);

	//区间构造方式
	list<int>L2(L1.begin(), L1.end());
	printList(L2);

	//拷贝构造
	list<int>L3(L2);
	printList(L3);

	//n个elem
	list<int>L4(5, 1000);
	printList(L4);
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6.2 list大小操作

对list容器的大小进行操作的函数原型：

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list大小操作

void printList(const list<int>&L)
{
	for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	list<int>L1;
	L1.push_back(10);
	L1.push_back(20);
	L1.push_back(30);
	L1.push_back(40);

	printList(L1);

	//判断容器是否为空
	if (L1.empty())
	{
		cout << "L1为空！" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "L1不为空！" << endl;
		cout << "L1的元素个数为：" << L1.size() << endl;
	}
	//重新指定大小
	L1.resize(10, 10000);
	printList(L1);

	L1.resize(2);
	printList(L1);
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6.3 list 插入和删除

对list容器进行数据的插入和删除的函数原型：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list插入和删除

void printList(const list<int>&L)
{
	for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	list<int>L;
	//尾插
	L.push_back(10);
	L.push_back(20);
	L.push_back(30);

	//头插
	L.push_front(100); 
	L.push_front(200);
	L.push_front(300);

	printList(L);  //300 200 100 10 20 30

	//尾删
	L.pop_back();
	printList(L);  //300 200 100 10 20

	//头删
	L.pop_front();
	printList(L);  //200 100 10 20

	//insert插入
	L.insert(L.begin(),1000);
	printList(L);  //1000 200 100 10 20

	list<int>::iterator it = L.begin();
	L.insert(++it, 20000);
	printList(L);  //1000 20000 200 100 10 20 

	//删除
	it = L.begin();
	L.erase(++it);
	printList(L);  //1000 200 100 10 20

	//移除
	L.push_back(10000);
	L.push_back(10000); 
	L.push_back(10000);
	printList(L);  //1000 200 100 10 20 10000 10000 10000
	L.remove(10000);  //删除容器中所有与10000值匹配的元素
	printList(L);  //1000 200 100 10 20

	//清空
	L.clear();
	printList(L);  //打印一行空格
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6.4 list 数据存取

对list容器中数据进行存取的函数原型：

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list数据存取
void test01()
{
	list<int>L1;

	L1.push_back(10);
	L1.push_back(20);
	L1.push_back(30);
	L1.push_back(40);

	//L1[0];  //错误，不可以用[]访问list容器中的元素
	//L1.at(0);  //错误，不可以用at访问list容器中的元素
	//上述两种方式均不能访问list容器中的元素的原因是list本质是链表，不是用连续线性空间访问存储数据，迭代器也是不支持随机访问的

	cout << "第一个元素为：" << L1.front() << endl;
	cout << "最后一个元素为：" << L1.back() << endl;

	//验证迭代器不支持随机访问
	list<int>::iterator it = L1.begin();

	it++;  //支持双向
	it--;
	//it = it + 1;  //错误，不支持随机访问
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6.5 list反转和排序

将容器中的元素反转，以及将容器中的数据进行排序的函数原型：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<list>

//list反转和排序

void printList(const list<int>&L)
{
	for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	list<int>L1;

	L1.push_back(20);
	L1.push_back(10);
	L1.push_back(50);
	L1.push_back(40);
	L1.push_back(30);

	cout << "反转前：" << endl;
	printList(L1);
	L1.reverse();  // 反转
	cout << "反转后：" << endl;
	printList(L1);
}

bool myCompare(int v1, int v2)
{
	//降序：让第一个数大于第二个数
	return v1 > v2;
}

void test02()
{
	list<int>L1;

	L1.push_back(20);
	L1.push_back(10);
	L1.push_back(50);
	L1.push_back(40);
	L1.push_back(30);

	cout << "排序前：" << endl;
	printList(L1);

	//sort(L1.begin(), L1.end());  //错误，所有不支持随机访问迭代器的容器，不可以用标准算法，但其内部会提供对应一些算法
	L1.sort();  // 排序：默认排序规则是从小到大，即升序
	cout << "排序后：" << endl;
	printList(L1);

	L1.sort(myCompare);  //降序
	printList(L1);
}

int main()
{
	test01();
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}