C++中的list容器

list的介绍

  list是可以在常数范围内的任意位置进行插入和删除的序列式容器，并且该容器可以前后双向迭代；
  list的底层是双向链表结构，双向链表中每个元素存储在不互相关的独立节点中，在节点中通过指针指向前一个与后一个元素；
  list与forward_list非常相似，forward_list是单链表，只能向前迭代；
  与其他的序列式容器相比，list通常在任意位置进行插入、移动元素的执行效率更好。但是list和forward_list最大的缺陷是不支持任意位置的随机访问，如果要访问某一位置，必须要从已知的位置开始迭代到对应位置，在这段位置上迭代需要线性的时间开销，list还需要一些额外的空间，用来保存每个节点的相关信息。

list的使用

list的构造

构造函数constructor	接口说明
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
list()	构造空的list
list(const list& x)	拷贝构造函数
list(InputIterator first, InputIterator last)	用[first, last]区间中的元素构造list

int main()
{
	listint> first;
	listint> second(4, 100);
	listint> third(second.begin(), second.end());
	listint> fourth(third);

	int myints[] = { 1, 2, 3, 4 };
	listint> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

	cout  "The contents of fifth are:";
	for (listint>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); it++)
		cout  *it  ' ';
	cout  endl;

	return 0;
}

list iterator的使用

函数声明	接口说明
begin+end	返回第一个元素的迭代器+返回最后一个元素下一个位置的迭代器
rbegin+rend	返回第一个元素的reverse_iterator，即end位置，返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator，即begin位置
cbegin+cend	返回第一个元素的const_iterator+返回最后一个元素下一个位置的const_iterator
crbegin+crend	返回第一个元素的const_reverse_iterator，即end位置，返回最后一个元素下一个位置的const_reverse_iterator，即begin位置

  begin与end是正向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向后移动；
  rbegin与rend作为反向迭代器，对迭代器执行++操作，迭代器向前移动；
  cbegin+cend与crbegin+crend是C++11引入的。

int main()
{
	int myints[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	listint> mylist(myints, myints + 5);

	cout  "myints contains:";
	for (listint>::iterator it = mylist.begin(); it != mylist.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	cout  "myints backwards:";
	for (listint>::reverse_iterator rit = mylist.rbegin(); rit != mylist.rend(); ++rit)
		cout  ' '  *rit;
	cout  endl;

	return 0;
}

list capacity

函数声明	接口说明
empty	检测list是否为空，是返回true，否则返回false
size	返回list中有效节点的个数
max_size	返回最大节点的个数

int main()
{
	listint> mylist;
	int sum(0);

	cout  "max_size:"  mylist.max_size()  endl;
	cout  "1.size:"  mylist.size()  endl;

	for (int i = 1; i  10; i++)
		mylist.push_back(i);

	cout  "2.size:"  mylist.size()  endl;

	while (!mylist.empty())
	{
		sum += mylist.front();
		mylist.pop_front();
	}
	cout  "total:" sum  endl;

	return 0;
}

list元素访问

函数声明	接口说明
front	返回list的第一个节点中，值的引用
back	返回list的最后一个节点中，值的引用

int main()
{
	listint> mylist;
	mylist.push_back(77);
	mylist.push_back(33);
	mylist.push_back(22);

	cout  "front:"  mylist.front()  endl;
	cout  "back:"  mylist.back()  endl;

	mylist.front() -= 10;
	cout  "front:"  mylist.front()  endl;

	mylist.back() += 20;
	cout  "back:"  mylist.back()  endl;

	return 0;
}

list modifiers

函数声明	接口说明
push_front	在list首元素前插入元素
pop_front	删除list中第一个元素
push_back	在list尾部插入元素
pop_back	删除list中最后一个元素
insert	在list的任意位置插入元素
erase	删除list任意位置的元素
swap	交换两个list中的元素
clear	清空list中的有效元素

int main()
{
	listint> mylist(4, 0);
	listint>::iterator it = mylist.begin();

	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	mylist.push_front(1);
	mylist.push_back(9);
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	mylist.pop_front();
	mylist.pop_back();
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	it = mylist.begin();
	mylist.insert(it, 10);
	it++;
	mylist.insert(it, 3, 5);
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	
	it = mylist.begin();
	it++;
	mylist.erase(it);
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	listint>::iterator it1 = mylist.begin();
	listint>::iterator it2 = mylist.begin();
	it1++;
	advance(it2, 5); // 迭代器移动三位
	mylist.erase(it1, it2);
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	return 0;
}

int main()
{
	listint> mylist1(4, 1);
	listint> mylist2(4, 2);

	cout  "mylist1:";
	for (listint>::iterator it = mylist1.begin(); it != mylist1.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;
	cout  "mylist2:";
	for (listint>::iterator it = mylist2.begin(); it != mylist2.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	mylist1.swap(mylist2);
	cout  "mylist1:";
	for (listint>::iterator it = mylist1.begin(); it != mylist1.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;
	cout  "mylist2:";
	for (listint>::iterator it = mylist2.begin(); it != mylist2.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	mylist1.clear();
	mylist1.push_back(9);
	mylist1.push_back(9);
	mylist1.push_back(9);
	cout  "mylist1:";
	for (listint>::iterator it = mylist1.begin(); it != mylist1.end(); it++)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	return 0;
}

list的迭代器失效

  迭代器失效即迭代器所指向的节点无效，也就是对应节点被删除了。因为list的底层结构为带头节点的双向循环链表，因为在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删除节点的迭代器，其他迭代器不会受到影响。

int main()
{
	listint> mylist(4, 0);
	listint>::iterator it = mylist.begin();

	it = mylist.begin();
	it++;
	mylist.erase(it); // 这里it已经失效，如要使用需重新赋值
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	listint>::iterator it1 = mylist.begin();
	listint>::iterator it2 = mylist.begin();
	it1++;
	advance(it2, 5); // 迭代器移动三位
	mylist.erase(it1, it2);
	cout  "mylist:";
	for (it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
		cout  ' '  *it;
	cout  endl;

	return 0;
}

list与vector的对比

	vector	list
底层结构	动态顺序表，一段连续的空间	带头结点的双向循环链表
随机访问	支持随机访问，访问某个元素的效率为O(1)	不支持随机访问，访问某个元素的效率为O(N)
插入和删除	任意位置插入和删除效率低，需要移动元素O(N)，插入时需要增容，开辟新空间，释放旧空间	任意位置插入和删除效率高，不需要移动元素
空间利用率	底层为连续空间，不容易造成内存碎片，空间利用率高，缓存利用率高	底层节点动态开辟，小节点容易造成内存碎片，空间利用率低
迭代器	原生态指针	对原生态指针（节点指针）进行封装
迭代器失效	在插入元素时，要给所有的迭代器重新赋值，因为插入元素有可能会导致重新扩容，导致原来的迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值否知会失效	插入元素不会导致迭代器失效，删除元素时，只会导致当前迭代器失效，其他迭代器不受影响
使用场景	需要高效存储，支持随机访问，不关心插入删除效率	大量插入和删除操作，不关心随机访问

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