STL常用容器—list容器(链表)

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指针域

示意图:

名词解释:

  • beginend 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
  • prevnext 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
  • frontback 分别是第一个和最后一个结点的数据域
  • push_backpush_frontpop_backpop_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);
}

sortlist 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

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