STL常用容器—list容器（链表）
- 一、list容器基本概念
- 二、list容器基本操作与常用方法
- 1. list构造函数
- 2. ☆list 插入和删除
- 3. list 获取头尾数据
- 4. list 大小操作
- 5. list赋值和交换
- 6. list 反转和排序
- 三、排序案例
参考博文1: ＜C++＞ list容器本质|常用接口|自定义排序规则
参考博文2：STL常用容器—— list 容器的使用
本文主要整理总结C++ STL中list（链表）常用容器的常用方法的操作，关于链表的底层设计与C语言实现请参考博文：【数据结构与算法】——单链表的原理及C语言实现
一、list容器基本概念
list 容器 的本质是一个双向循环链表，用于存储的每个结点包含数据域和指针域：
示意图：
名词解释：
begin和end都是迭代器，可以看成指针来操作
begin对应的是容器首个元素，而end对应容器最后一个元素的下一个位置prev和next代表前驱指针和后继指针，并不是list容器的接口，指针域用来存储下一个结点的地址front和back分别是第一个和最后一个结点的数据域push_back、push_front、pop_back、pop_front代表尾插、头插、尾删、头删
通过前驱后继指针可以将每个结点连接起来，头结点的前驱与尾结点后继指针都指向null
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
- 可以对任意位置进行快速插入或删除元素，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
STL中List和vector是两个最常被使用的容器，各有优缺点
二、list容器基本操作与常用方法
1. list构造函数
| 函数原型 | 功能 |
|---|---|
list<T> lst; | 采用模板类实现，对象的默认构造形式 |
list<T> lst = {x1,x2...}; | 构造并出初始化 |
list(n,elem); | n个elem |
list(const list &lst); | 拷贝构造函数 |
list(beg,end); | 构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身 |
示例：
list<int> list1;
list1.push_back(10);
list1.push_back(20);
list1.push_back(30);list<int> list2={2,4,6,8};//构造并初始化
list<int> list3(5,100); //5个100
list<int> list4(list1); //拷贝list1//list2的部分区间
list<int> list5(++list2.begin(), --list2.end()); cout << "list1: "; showList(list1);
cout << "list2: "; showList(list2);
cout << "list3: "; showList(list3);
cout << "list4: "; showList(list4);
cout << "list5: "; showList(list5);
其中showList：
void showList(list<int> &list)
{for(int item:list)cout << item << " ";cout << endl;
}
2. ☆list 插入和删除
| 方法原型 | 功能 |
|---|---|
| -----------常用----------- | |
push_back(elem); | 在容器尾部插入一个元素 |
push_front(elem); | 在容器开头插入一个元素 |
pop_back(); | 删除容器中最后一个元素 |
pop_front(); | 删除容器中第一个元素 |
clear(); | 清空容器所有数据 |
| -----------不常用----------- | |
| insert(pos,elem); | 在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。 |
| insert(pos,n,elem); | 在pos位置插入n个elem数据，无返回值。 |
| insert(pos,beg,end); | 在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值 |
| erase(beg,end); | 删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置 |
| erase(pos); | 删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置 |
| remove(elem); | 删除容器中所有与elem值匹配的元素。 |
示例：
void test()
{list<int> list1;//尾插list1.push_back(2); list1.push_back(4);//头插list1.push_front(10);list1.push_front(30);cout << "list1 push back + front: ";showList(list1); //30 10 2 4//尾删list1.pop_back();cout << "pop back: "; showList(list1); //30 10 2//头删list1.pop_front();cout << "pop front: "; showList(list1); //10 2//头+1插list1.insert(++list1.begin(), 666);cout << "front insert: "; showList(list1); //10 666 2//头+1删list1.erase(++list1.begin());cout << "front+1 erase: "; showList(list1); //10 2
}
3. list 获取头尾数据
list 容器不支持随机访问，不提供下标操作符 [] 和 at() 成员函数，也没有提供 data() 成员函数。
只能使用 front() 和 back() 成员函数，或者使用 list 容器迭代器访问或修改元素的值。
使用 front() 和 back() 成员函数
| 方法原型 | 功能 |
|---|---|
front(); | 返回第一个元素 |
back(); | 返回最后一个元素 |
int main()
{list<int> list1 = {2,4,6,8,10};//获取元素引用int& first = list1.front();int& last = list1.back();cout << first << " " << last << endl;//修改元素first = 100;last = 200;cout << list1.front() << " " << list1.back() << endl;return 0;
}
注意：
- list容器中不可以通过[]或者at方式访问数据
- 返回第一个元素 — front
- 返回最后一个元素 — back
使用 list 容器迭代器
int main()
{list<int> list1 = {2,4,6,8,10};auto it = list1.begin(); //迭代器指向头while(it != list1.end()) //迭代遍历{cout << *it << " ";it++; //迭代器自增}return 0;
}
注意： list容器的迭代器类型为双向迭代器，而不是和之前的array、vector容器一样是随机访问迭代器。
双向迭代器特性：假如it1，it2都是双向迭代器，那么：
支持：++it1、 it1++、 it1- -、 it1++、 *it1、 it1 == it2 以及 it1 != it2
不支持：it1[i]、it1-=i、 it1+=i、 it1+i 、it1-i、it1 < it2、it1 > it2、 it1 <= it2、 it1 >= it2
4. list 大小操作
| 方法原型 | 功能 |
|---|---|
size(); | 返回容器中元素的个数 |
empty(); | 判断容器是否为空 |
resize(num); | 重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值0填充；若变短，则删除末尾多余元素 |
resize(num, elem); | 重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以 elem 填充；若变短，则删除末尾多余元素 |
示例程序：
void test()
{list<int> list1 = {10,20,30};list<int> list2 = {2,4,6,8,10};if(!list1.empty()){cout << "size: " << list1.size() << endl;list1.resize(5); //重置大小为5个，以默认值填充cout << "resize: " << list1.size() << endl;showList(list1);}elsecout << "容器为空" << endl;
}
5. list赋值和交换
| 方法原型 | 功能 |
|---|---|
assign(beg, end); | 将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身 |
assign(n, elem); | 将n个elem拷贝赋值给本身 |
list& operator=(const list &lst); | 已重载 = 操作符 |
swap(lst); | 将list与本身的元素互换 |
示例：
list<int> list1 = {10,20,30};
list<int> list2 = {2,4,6,8,10};list1 = list2;
showList(list1); //2,4,6,8,10list1.assign(5,100);
showList(list1); //5个100list1.assign(++list2.begin(),--list2.end());
showList(list1); //4,6,8list1.swap(list2);
showList(list1); //2,4,6,8,10
showList(list2); //4,6,8
6. list 反转和排序
| 方法原型 | 功能 |
|---|---|
reverse(); | 反转链表 |
sort(); | 链表排序 |
示例：
//用于降序排序
bool myCompare(int v1, int v2)
{//降序：让第一个数 > 第二个数return v1 > v2;
}void test03()
{list<int> list1 = {6,4,2,10,3};cout << "src data: "; showList(list1);//降序排序list1.sort(myCompare);cout << "sort: "; showList(list1);//反转list1.reverse();cout << "reverse: "; showList(list1);
}
sort是list容器内部的排序方法，默认为升序排列，需要通过自己编写函数（仿函数）来决定排序的规则。
三、排序案例
案例描述： 将Person自定义数据类型进行排序，Person中属性有姓名、年龄、身高
排序规则： 按照年龄进行升序，如果年龄相同按照身高进行降序
示例程序：
/******************自定义Person类****************/
class Person {
public:Person(string name, int age , int height){this->name = name;this->age = age;this->height = height;}public:string name; //姓名int age; //年龄int height; //身高
};
/*****************定义仿排序顺序 仿函数**************/
bool PersonCompare(Person &p1, Person &p2)
{if(p1.age == p2.age) //年龄相同 按身高降序{if(p1.height > p2.height)return true;elsereturn false;}else //按年龄升序{if(p1.age < p2.age)return true;elsereturn false;}
}
/****************遍历容器函数**************/
void showPersonList(list<Person> &list)
{auto it = list.begin();for( ; it != list.end(); it++){cout << "name: " << it->name << "\tage: " << it->age;cout << "\t\theight: " << it->height << endl;}
}
/*****************主程序 测试程序*************/
void test04()
{Person p1("张三", 22, 170);Person p2("李四", 21, 173);Person p3("王五", 20, 168);Person p4("陈六", 25, 177);Person p5("赵七", 22, 180);list<Person> list1 = {p1,p2,p3,p4,p5};//排序前cout << "before sort: " << endl; showPersonList(list1);//自定义排序list1.sort(PersonCompare);//显示排序后结果cout << "after sort: " << endl; showPersonList(list1);
}
程序输出：
总结：
- 对于自定义数据类型，必须要指定排序规则，否则编译器不知道如何进行排序
- 高级排序只是在排序规则上再进行一次逻辑规则制定，并不复杂
