C++ 容器类 <list>

C++ 容器类
C++ 标准库提供了丰富的功能，其中是一个非常重要的容器类，用于存储元素集合，支持双向迭代器。
是 C++ 标准模板库（STL）中的一个序列容器，它允许在容器的任意位置快速插入和删除元素。与数组或向量（）不同，不需要在创建时指定大小，并且可以在任何位置添加或删除元素，而不需要重新分配内存。
语法
以下是容器的一些基本操作：

包含头文件：#include
声明列表：std::list mylist;，其中 T 是存储在列表中的元素类型。
插入元素：mylist.push_back(value);
删除元素：mylist.pop_back(); 或 mylist.erase(iterator);
访问元素：mylist.front(); 和 mylist.back();
遍历列表：使用迭代器 for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
特点

双向迭代：提供了双向迭代器，可以向前和向后遍历元素。
动态大小：与数组不同，的大小可以动态变化，不需要预先分配固定大小的内存。
快速插入和删除：可以在列表的任何位置快速插入或删除元素，而不需要像向量那样移动大量元素。

声明与初始化的声明和初始化与其他容器类似：
#include
#include

int main() {
std::list lst1; // 空的list
std::list lst2(5); // 包含5个默认初始化元素的list
std::list lst3(5, 10); // 包含5个元素，每个元素为10
std::list lst4 = {1, 2, 3, 4}; // 使用初始化列表

return 0;

}
实例
下面是一个使用的简单示例，包括创建列表、添加元素、遍历列表和输出结果。
实例
#include
#include

int main() {
// 创建一个整数类型的列表
std::list numbers;

// 向列表中添加元素
numbers.push_back(10);
numbers.push_back(20);
numbers.push_back(30);

// 访问并打印列表的第一个元素
std::cout << “First element: “ << numbers.front() << std::endl;

// 访问并打印列表的最后一个元素
std::cout << “Last element: “ << numbers.back() << std::endl;

// 遍历列表并打印所有元素
std::cout << “List elements: “;
for (std::list::iterator it = numbers.begin(); it != numbers.end(); ++it) {
std::cout << *it << “ “;
}
std::cout << std::endl;

// 删除列表中的最后一个元素
numbers.pop_back();

// 再次遍历列表并打印所有元素
std::cout << “List elements after removing the last element: “;
for (std::list::iterator it = numbers.begin(); it != numbers.end(); ++it) {
std::cout << *it << “ “;
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}

输出结果:
First element: 10
Last element: 30
List elements: 10 20 30
List elements after removing the last element: 10 20
常用成员函数以下是中一些常用的成员函数：函数说明push_back(const T& val)在链表末尾添加元素push_front(const T& val)在链表头部添加元素pop_back()删除链表末尾的元素pop_front()删除链表头部的元素insert(iterator pos, val)在指定位置插入元素erase(iterator pos)删除指定位置的元素clear()清空所有元素size()返回链表中的元素数量empty()检查链表是否为空front()返回链表第一个元素back()返回链表最后一个元素remove(const T& val)删除所有等于指定值的元素sort()对链表中的元素进行排序merge(list& other)合并另一个已排序的链表reverse()反转链表begin() / end()返回链表的起始/结束迭代器
实例
1、基本操作
实例
#include
#include

int main() {
std::list lst = {10, 20, 30};

// 插入和删除元素
lst.push_front(5); // 在头部插入5
lst.push_back(40); // 在尾部插入40
lst.pop_front(); // 删除头部元素
lst.pop_back(); // 删除尾部元素

// 输出链表内容
std::cout << “List elements: “;
for (const auto& elem : lst) {
std::cout << elem << “ “;
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}

2、插入和删除特定位置的元素
实例
#include
#include

int main() {
std::list lst = {1, 2, 3, 4, 5};
auto it = lst.begin();
std::advance(it, 2); // 移动迭代器到第3个元素（值为3）

lst.insert(it, 10); // 在第3个元素前插入10
lst.erase(it); // 删除第3个元素

// 输出链表内容
std::cout << “List elements: “;
for (const auto& elem : lst) {
std::cout << elem << “ “;
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}

3、排序和去重
实例
#include
#include

int main() {
std::list lst = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
lst.sort(); // 排序
lst.unique(); // 删除相邻重复元素

// 输出链表内容
std::cout << “Sorted and unique list: “;
for (const auto& elem : lst) {
std::cout << elem << “ “;
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}

4、合并和反转
实例
#include
#include

int main() {
std::list lst1 = {1, 3, 5, 7};
std::list lst2 = {2, 4, 6, 8};

lst1.merge(lst2); // 合并两个已排序的链表
lst1.reverse(); // 反转链表

// 输出链表内容
std::cout << “Merged and reversed list: “;
for (const auto& elem : lst1) {
std::cout << elem << “ “;
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}

与其他容器对比
特性std::liststd::vectorstd::deque内存结构非连续内存，双向链表连续内存分段连续内存访问性能顺序访问较快，随机访问慢随机访问快末尾和头部访问都快插入/删除性能任意位置插入、删除快末尾插入快，中间位置慢头尾插入、删除快适用场景频繁在中间插入/删除需要高效随机访问需要在头尾快速插入/删除迭代器稳定性稳定，元素插入或删除不会失效插入、删除可能导致迭代器失效插入、删除可能导致迭代器失效注意事项

的元素是按插入顺序存储的，而不是按元素值排序。
由于的元素存储在不同的内存位置，所以它不适合需要随机访问的场景。
与向量相比，的内存使用效率较低，因为每个元素都需要额外的空间来存储指向前后元素的指针。

通过这个简单的介绍和示例，初学者应该能够对 C++ 的容器有一个基本的了解，并能够开始使用它来解决实际问题。