C++ list(STL list)容器完全攻略(超级详细)
STL list 容器,又称双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着,list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。
图 1 展示了 list 双向链表容器是如何存储元素的。
![](/uploads/allimg/180912/2-1P912134314345.jpg)
图 1 list 双向链表容器的存储结构示意图
可以看到,list 容器中各个元素的前后顺序是靠指针来维系的,每个元素都配备了 2 个指针,分别指向它的前一个元素和后一个元素。其中第一个元素的前向指针总为 null,因为它前面没有元素;同样,尾部元素的后向指针也总为 null。
基于这样的存储结构,list 容器具有一些其它容器(array、vector 和 deque)所不具备的优势,即它可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素(时间复杂度为
使用 list 容器的缺点是,它不能像 array 和 vector 那样,通过位置直接访问元素。举个例子,如果要访问 list 容器中的第 6 个元素,它不支持
1) 创建一个没有任何元素的空 list 容器:
2) 创建一个包含 n 个元素的 list 容器:
3) 创建一个包含 n 个元素的 list 容器,并为每个元素指定初始值。例如:
4) 在已有 list 容器的情况下,通过拷贝该容器可以创建新的 list 容器。例如:
5) 通过拷贝其他类型容器(或者普通数组)中指定区域内的元素,可以创建新的 list 容器。例如:
除此之外,C++ 11 标准库还新增加了 begin() 和 end() 这 2 个函数,和 list 容器包含的 begin() 和 end() 成员函数不同,标准库提供的这 2 个函数的操作对象,既可以是容器,还可以是普通数组。当操作对象是容器时,它和容器包含的 begin() 和 end() 成员函数的功能完全相同;如果操作对象是普通数组,则 begin() 函数返回的是指向数组第一个元素的指针,同样 end() 返回指向数组中最后一个元素之后一个位置的指针(注意不是最后一个元素)。
list 容器还有一个
如下代码演示了表 2 中部分成员函数的用法:
图 1 展示了 list 双向链表容器是如何存储元素的。
![](/uploads/allimg/180912/2-1P912134314345.jpg)
图 1 list 双向链表容器的存储结构示意图
可以看到,list 容器中各个元素的前后顺序是靠指针来维系的,每个元素都配备了 2 个指针,分别指向它的前一个元素和后一个元素。其中第一个元素的前向指针总为 null,因为它前面没有元素;同样,尾部元素的后向指针也总为 null。
基于这样的存储结构,list 容器具有一些其它容器(array、vector 和 deque)所不具备的优势,即它可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素(时间复杂度为
O(1)
)。并且在 list 容器中移动元素,也比其它容器的效率高。使用 list 容器的缺点是,它不能像 array 和 vector 那样,通过位置直接访问元素。举个例子,如果要访问 list 容器中的第 6 个元素,它不支持
容器对象名[6]
这种语法格式,正确的做法是从容器中第一个元素或最后一个元素开始遍历容器,直到找到该位置。list 容器以模板类 list<T>(T 为存储元素的类型)的形式在实际场景中,如何需要对序列进行大量添加或删除元素的操作,而直接访问元素的需求却很少,这种情况建议使用 list 容器存储序列。
<list>
头文件中,并位于 std 命名空间中。因此,在使用该容器之前,代码中需要包含下面两行代码:
#include <list> using namespace std;
注意,std 命名空间也可以在使用 list 容器时额外注明,两种方式都可以。
list容器的创建
根据不同的使用场景,有以下 5 种创建 list 容器的方式供选择。1) 创建一个没有任何元素的空 list 容器:
std::list<int> values;和空 array 容器不同,空的 list 容器在创建之后仍可以添加元素,因此创建 list 容器的方式很常用。
2) 创建一个包含 n 个元素的 list 容器:
std::list<int> values(10);通过此方式创建 values 容器,其中包含 10 个元素,每个元素的值都为相应类型的默认值(int类型的默认值为 0)。
3) 创建一个包含 n 个元素的 list 容器,并为每个元素指定初始值。例如:
std::list<int> values(10, 5);如此就创建了一个包含 10 个元素并且值都为 5 个 values 容器。
4) 在已有 list 容器的情况下,通过拷贝该容器可以创建新的 list 容器。例如:
std::list<int> value1(10); std::list<int> value2(value1);注意,采用此方式,必须保证新旧容器存储的元素类型一致。
5) 通过拷贝其他类型容器(或者普通数组)中指定区域内的元素,可以创建新的 list 容器。例如:
//拷贝普通数组,创建list容器 int a[] = { 1,2,3,4,5 }; std::list<int> values(a, a+5); //拷贝其它类型的容器,创建 list 容器 std::array<int, 5>arr{ 11,12,13,14,15 }; std::list<int>values(arr.begin()+2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15}
list容器可用的成员函数
表 2 中罗列出了 list 模板类提供的所有成员函数以及各自的功能。成员函数 | 功能 |
---|---|
begin() | 返回指向容器中第一个元素的双向迭代器。 |
end() | 返回指向容器中最后一个元素所在位置的下一个位置的双向迭代器。 |
rbegin() | 返回指向最后一个元素的反向双向迭代器。 |
rend() | 返回指向第一个元素所在位置前一个位置的反向双向迭代器。 |
cbegin() | 和 begin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。 |
cend() | 和 end() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。 |
crbegin() | 和 rbegin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。 |
crend() | 和 rend() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。 |
empty() | 判断容器中是否有元素,若无元素,则返回 true;反之,返回 false。 |
size() | 返回当前容器实际包含的元素个数。 |
max_size() | 返回容器所能包含元素个数的最大值。这通常是一个很大的值,一般是 232-1,所以我们很少会用到这个函数。 |
front() | 返回第一个元素的引用。 |
back() | 返回最后一个元素的引用。 |
assign() | 用新元素替换容器中原有内容。 |
emplace_front() | 在容器头部生成一个元素。该函数和 push_front() 的功能相同,但效率更高。 |
push_front() | 在容器头部插入一个元素。 |
pop_front() | 删除容器头部的一个元素。 |
emplace_back() | 在容器尾部直接生成一个元素。该函数和 push_back() 的功能相同,但效率更高。 |
push_back() | 在容器尾部插入一个元素。 |
pop_back() | 删除容器尾部的一个元素。 |
emplace() | 在容器中的指定位置插入元素。该函数和 insert() 功能相同,但效率更高。 |
insert() | 在容器中的指定位置插入元素。 |
erase() | 删除容器中一个或某区域内的元素。 |
swap() | 交换两个容器中的元素,必须保证这两个容器中存储的元素类型是相同的。 |
resize() | 调整容器的大小。 |
clear() | 删除容器存储的所有元素。 |
splice() | 将一个 list 容器中的元素插入到另一个容器的指定位置。 |
remove(val) | 删除容器中所有等于 val 的元素。 |
remove_if() | 删除容器中满足条件的元素。 |
unique() | 删除容器中相邻的重复元素,只保留一个。 |
merge() | 合并两个事先已排好序的 list 容器,并且合并之后的 list 容器依然是有序的。 |
sort() | 通过更改容器中元素的位置,将它们进行排序。 |
reverse() | 反转容器中元素的顺序。 |
除此之外,C++ 11 标准库还新增加了 begin() 和 end() 这 2 个函数,和 list 容器包含的 begin() 和 end() 成员函数不同,标准库提供的这 2 个函数的操作对象,既可以是容器,还可以是普通数组。当操作对象是容器时,它和容器包含的 begin() 和 end() 成员函数的功能完全相同;如果操作对象是普通数组,则 begin() 函数返回的是指向数组第一个元素的指针,同样 end() 返回指向数组中最后一个元素之后一个位置的指针(注意不是最后一个元素)。
list 容器还有一个
std::swap(x , y)
非成员函数(其中 x 和 y 是存储相同类型元素的 list 容器),它和 swap() 成员函数的功能完全相同,仅使用语法上有差异。如下代码演示了表 2 中部分成员函数的用法:
#include <iostream> #include <list> using namespace std; int main() { //创建空的 list 容器 std::list<double> values; //向容器中添加元素 values.push_back(3.1); values.push_back(2.2); values.push_back(2.9); cout << "values size:" << values.size() << endl; //对容器中的元素进行排序 values.sort(); //使用迭代器输出list容器中的元素 for (std::list<double>::iterator it = values.begin(); it != values.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; } return 0; }运行结果为:
values size:3
2.2 2.9 3.1
表 2 中这些成员函数的具体用法,后续学习用到时会具体讲解,感兴趣的读者,也可以通过查阅 STL手册做详细了解。