[C++ STL] list使用詳解

一、概述

list 由雙向鏈表（doubly linked list）實現而成，元素也存放在堆中，每個元素都是放在一塊內存中，他的內存空間可以是不連續的，通過指針來進行數據的訪問，這個特點使得它的隨機存取變得非常沒有效率，因此它沒有提供 [] 操作符的重載。但是由於鏈表的特點，它可以很有效率的支持任意地方的插入和刪除操作。

二、定義及初始化

使用之前必須加相應容器的頭文件：

#include <list> // list屬於std命名域的，因此需要通過命名限定，例如using std::list;

定義的代碼如下：

list<int> a; // 定義一個int類型的列表a
list<int> a(10); // 定義一個int類型的列表a，並設置初始大小為10
list<int> a(10, 1); // 定義一個int類型的列表a，並設置初始大小為10且初始值都為1
list<int> b(a); // 定義並用列表a初始化列表b
deque<int> b(a.begin(), ++a.end()); // 將列表a中的第1個元素作為列表b的初始值

除此之外，還可以直接使用數組來初始化向量：

int n[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
list<int> a(n, n + 5); // 將數組n的前5個元素作為列表a的初值

三、基本操作

3.1 容量函數

• 容器大小：lst.size();
• 容器最大容量：lst.max_size();
• 更改容器大小：lst.resize();
• 容器判空：lst.empty();

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	list<int> lst;
	for (int i = 0; i<6; i++)
	{
		lst.push_back(i);
	}

	cout << lst.size() << endl; // 輸出：6
	cout << lst.max_size() << endl; // 輸出：357913941
	lst.resize(0); // 更改元素大小
	cout << lst.size() << endl; // 輸出：0
	if (lst.empty())
		cout << "元素為空" << endl; // 輸出：元素為空

	return 0;
}

3.2 添加函數

• 頭部添加元素：lst.push_front(const T& x);
• 末尾添加元素：lst.push_back(const T& x);
• 任意位置插入一個元素：lst.insert(iterator it, const T& x);
• 任意位置插入 n 個相同元素：lst.insert(iterator it, int n, const T& x);
• 插入另一個向量的 [forst,last] 間的數據：lst.insert(iterator it, iterator first, iterator last);

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	list<int> lst;

	// 頭部增加元素
	lst.push_front(4);
	// 末尾添加元素
	lst.push_back(5);
	// 任意位置插入一個元素
	list<int>::iterator it = lst.begin();
	lst.insert(it, 2);
	// 任意位置插入n個相同元素
	lst.insert(lst.begin(), 3, 9);
	// 插入另一個向量的[forst,last]間的數據
	list<int> lst2(5, 8);
	lst.insert(lst.begin(), lst2.begin(), ++lst2.begin());

	// 遍歷顯示
	for (it = lst.begin(); it != lst.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：8 9 9 9 2 4 5
	cout << endl;

	return 0;
}

3.3 刪除函數

• 頭部刪除元素：lst.pop_front();
• 末尾刪除元素：lst.pop_back();
• 任意位置刪除一個元素：lst.erase(iterator it);
• 刪除 [first,last] 之間的元素：lst.erase(iterator first, iterator last);
• 清空所有元素：lst.clear();

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	list<int> lst;
	for (int i = 0; i < 8; i++)
		lst.push_back(i);

	// 頭部刪除元素
	lst.pop_front();
	// 末尾刪除元素
	lst.pop_back();
	// 任意位置刪除一個元素
	list<int>::iterator it = lst.begin();
	lst.erase(it);
	// 刪除[first,last]之間的元素
	lst.erase(lst.begin(), ++lst.begin());

	// 遍歷顯示
	for (it = lst.begin(); it != lst.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：3 4 5 6
	cout << endl;

	// 清空所有元素
	lst.clear();

	// 判斷list是否為空
	if (lst.empty())
	cout << "元素為空" << endl; // 輸出：元素為空

	return 0;
}

3.4 訪問函數

• 訪問第一個元素：lst.front();
• 訪問最后一個元素：lst.back();

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	list<int> lst;
	for (int i = 0; i < 6; i++)
		lst.push_back(i);

	// 訪問第一個元素
	cout << lst.front() << endl; // 輸出：0
	// 訪問最后一個元素
	cout << lst.back() << endl; // 輸出：5

	return 0;
}

3.5 其他函數

• 多個元素賦值：lst.assign(int nSize, const T& x); // 類似於初始化時用數組進行賦值
• 交換兩個同類型容器的元素：swap(list&, list&); 或 lst.swap(list&);
• 合並兩個列表的元素（默認升序排列）：lst.merge();
• 在任意位置拼接入另一個list：lst.splice(iterator it, list&);
• 刪除容器中相鄰的重復元素：lst.unique();

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 多個元素賦值s
	list<int> lst1;
	lst1.assign(3, 1);
	list<int> lst2;
	lst2.assign(3, 2);
    
	// 交換兩個容器的元素
	// swap(lst1, lst2); // ok
	lst1.swap(lst2);
	// 遍歷顯示
	cout << "交換后的lst1: ";
	list<int>::iterator it;
	for (it = lst1.begin(); it!=lst1.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：2 2 2
	cout << endl;
    
	// 遍歷顯示
	cout << "交換后的lst2: ";
	for (it = lst2.begin(); it != lst2.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：1 1 1
	cout << endl;

	list<int> lst3;
	lst3.assign(3, 3);
	list<int> lst4;
	lst4.assign(3, 4);
	// 合並兩個列表的元素
	lst4.merge(lst3); // 不是簡單的拼接，而是會升序排列
	cout << "合並后的lst4: ";
	for (it = lst4.begin(); it != lst4.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：3 3 3 4 4 4
	cout << endl;

	list<int> lst5;
	lst5.assign(3, 5);
	list<int> lst6;
	lst6.assign(3, 6);
	// 在lst6的第2個元素處，拼接入lst5
	lst6.splice(++lst6.begin(), lst5);
	cout << "拼接后的lst6: ";
	for (it = lst6.begin(); it != lst6.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：6 5 5 5 6 6
	cout << endl;

	// 刪除容器中相鄰的重復元素
	list<int> lst7;
	lst7.push_back(1);
	lst7.push_back(1);
	lst7.push_back(2);
	lst7.push_back(2);
	lst7.push_back(3);
	lst7.push_back(2);
	lst7.unique();
	cout << "刪除容器中相鄰的重復元素后的lst7: ";
	for (it = lst7.begin(); it != lst7.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 輸出：1 2 3 2
	cout << endl;

	return 0;
}

四、迭代器與算法

1. 迭代器

• 開始迭代器指針：lst.begin();
• 末尾迭代器指針：lst.end(); // 指向最后一個元素的下一個位置
• 指向常量的開始迭代器指針：lst.cbegin(); // 意思就是不能通過這個指針來修改所指的內容，但還是可以通過其他方式修改的，而且指針也是可以移動的。
• 指向常量的末尾迭代器指針：lst.cend();
• 反向迭代器指針，指向最后一個元素：lst.rbegin();
• 反向迭代器指針，指向第一個元素的前一個元素：lst.rend();

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	list<int> lst;
	lst.push_back(1);
	lst.push_back(2);
	lst.push_back(3);

	cout << *(lst.begin()) << endl; // 輸出：1
	cout << *(--lst.end()) << endl; // 輸出：3
	cout << *(lst.cbegin()) << endl; // 輸出：1
	cout << *(--lst.cend()) << endl; // 輸出：3
	cout << *(lst.rbegin()) << endl; // 輸出：3
	cout << *(--lst.rend()) << endl; // 輸出：1
	cout << endl;

	return 0;
}

2. 算法

• 遍歷元素

list<int>::iterator it;
for (it = lst.begin(); it != lst.end(); it++)
    cout << *it << endl;

• 元素翻轉

#include <algorithm>
reverse(lst.begin(), lst.end());

• 元素排序

#include <algorithm>
sort(lst.begin(), lst.end()); // 采用的是從小到大的排序

// 如果想從大到小排序，可以采用先排序后反轉的方式，也可以采用下面方法:
// 自定義從大到小的比較器，用來改變排序方式
bool Comp(const int& a, const int& b) 
{
    return a > b;
}

sort(lst.begin(), lst.end(), Comp);

五、總結

可以看到，list 與 vector、deque 的用法基本一致，除了以下幾處不同：

• list 為雙向迭代器，故不支持it+=i；
• list 不支持下標訪問和at方法訪問。