09.list 容器

9、list 容器

功能：

• 将数据进行链式存储

链表（list）是一种物理存储单元上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的

链表的组成：

• 链表由一系列结点组成

结点的组成：

• 一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域

STL中的链表是一个双向循环链表

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
• 链表执行插入和删除操作十分方便，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

List 有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有 list 迭代器的失效，这在 vector 是不成立的。

9.1 list 构造函数

功能描述：

• 创建 list 容器

函数原型：

list<T> lst;   			// list 采用采用模板类实现,对象的默认构造形式：
list(beg,end); 			// 构造函数将 [beg, end) 区间中的元素拷贝给本身。
list(n,elem);  			// 构造函数将 n 个 elem 拷贝给本身。
list(const list &lst); 	// 拷贝构造函数。
#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

void printList(const list<int>& L) {
    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);
    printList(L1);

    list<int>L2(L1.begin(), L1.end());
    printList(L2);

    list<int>L3(L2);
    printList(L3);

    list<int>L4(10, 1000);
    printList(L4);
}

int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

9.2 list 赋值和交换

功能描述：

• 给 list 容器进行赋值，以及交换 list 容器

函数原型：

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); 	// 重载等号操作符
swap(lst); 							//将 lst 与本身的元素互换。
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

void printList(const list<int>& L) {
    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}
// 赋值和交换
void test01() {
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);
    printList(L1);
    // 赋值
    list<int>L2;
    L2 = L1;
    printList(L2);

    list<int>L3;
    L3.assign(L2.begin(), L2.end());
    printList(L3);

    list<int>L4;
    L4.assign(10, 100);
    printList(L4);
}

// 交换
void test02() {
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);

    list<int>L2;
    L2.assign(10, 100);
    cout << "交换前： " << endl;
    printList(L1);
    printList(L2);
    cout << endl;
    L1.swap(L2);
    cout << "交换后： " << endl;
    printList(L1);
    printList(L2);
}

int main() {
    //test01();
    test02();
    system("pause");
    return 0;
}

9.3 list 大小操作

功能描述：

• 对 list 容器的大小进行操作

函数原型：

size(); 	// 返回容器中元素的个数
empty(); 	// 判断容器是否为空

// 重新指定容器的长度为 num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
// 如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(num); 

// 重新指定容器的长度为 num，若容器变长，则以 elem 值填充新位置。
// 如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(num, elem); 
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

void printList(const list<int>& L) {
    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}
// 大小操作
void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);
    if (L1.empty())
    {
        cout << "L1为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "L1不为空" << endl;
        cout << "L1的大小为： " << L1.size() << endl;
    }
    // 重新指定大小
    L1.resize(10);
    printList(L1);
    L1.resize(2);
    printList(L1);
}
int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 判断是否为空 — empty
• 返回元素个数 — size
• 重新指定个数 — resize

9.4 list 插入和删除

功能描述：

• 对 list 容器进行数据的插入和删除

函数原型：

push_back(elem);		// 在容器尾部加入一个元素
pop_back();     		// 删除容器中最后一个元素
push_front(elem);		// 在容器开头插入一个元素
pop_front();    		// 从容器开头移除第一个元素
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。
clear();        		// 移除容器的所有数据
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。
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

void printList(const list<int>& L) {
    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}
// 插入和删除
void test01() {
    list<int> L;
    // 尾插
    L.push_back(10);
    L.push_back(20);
    L.push_back(30);
    // 头插
    L.push_front(100);
    L.push_front(200);
    L.push_front(300);
    printList(L);

    // 尾删
    L.pop_back();
    printList(L);
    // 头删
    L.pop_front();
    printList(L);

    // 插入
    list<int>::iterator it = L.begin();
    L.insert(++it, 1000);
    printList(L);
    // 删除
    it = L.begin();
    L.erase(++it);
    printList(L);
    // 移除
    L.push_back(10000);
    L.push_back(10000);
    L.push_back(10000);
    printList(L);
    L.remove(10000);
    printList(L);

    // 清空
    L.clear();
    printList(L);
}
int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 尾插 — push_back
• 尾删 — pop_back
• 头插 — push_front
• 头删 — pop_front
• 插入 — insert
• 删除 — erase
• 移除 — remove
• 清空 — clear

9.5 list 数据存取

功能描述：

• 对 list 容器中数据进行存取

函数原型：

front(); 			// 返回第一个元素。
back(); 			// 返回最后一个元素。
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
//数据存取
void test01() {
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);
    //cout << L1.at(0) << endl;	// 错误：不支持 at 访问数据
    //cout << L1[0] << endl; 	// 错误：不支持 [] 方式访问数据
    cout << "第一个元素为：" << L1.front() << endl;
    cout << "最后一个元素为：" << L1.back() << endl;

    // list容器的迭代器是双向迭代器，不支持随机访问
    list<int>::iterator it = L1.begin();
    //it = it + 1; 				// 错误：不可以跳跃访问，即使是+1
}

int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 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

9.6 list 反转和排序

功能描述：

• 将容器中的元素反转，以及将容器中的数据进行排序

函数原型：

reverse(); 			// 反转链表
sort(); 			// 链表排序
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

void printList(const list<int>& L) {
    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

bool myCompare(int val1, int val2) {
    return val1 > val2;
}

// 反转和排序
void test01() {
    list<int> L;
    L.push_back(90);
    L.push_back(30);
    L.push_back(20);
    L.push_back(70);
    printList(L);
    // 反转容器的元素
    L.reverse();
    printList(L);

    // 排序
    L.sort();
    printList(L);
    L.sort(myCompare);
    printList(L);
}
int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 反转 — reverse
• 排序 — sort （成员函数）

9.7 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

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(string name, int age, int height) {
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
        this->m_height = height;
    }
public:
    string m_name;
    int m_age;
    int m_height;
};

bool Compareperson(Person& p1, Person& p2) {
    if (p1.m_age == p2.m_age) {
        return p1.m_height > p2.m_height;
    }
    else {
        return p1.m_age < p2.m_age;
    }
}

void test01() {
    list<Person> L;
    Person p1("刘备",35,175);
    Person p2("曹操", 45, 180);
    Person p3("马超", 25, 190);
    Person p4("赵云", 35, 180);
    Person p5("张飞", 30, 200);

    L.push_back(p1);
    L.push_back(p2);
    L.push_back(p3);
    L.push_back(p4);
    L.push_back(p5);

    for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); ++it) {
        cout << "姓名：" << it->m_name << " 年龄：" << (*it).m_age << " 身高：" << (*it).m_height << endl;
    }
    cout << "---------------------------" << endl;
    L.sort(Compareperson);
    for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); ++it) {
        cout << "姓名：" << it->m_name << " 年龄：" << it->m_age << " 身高：" << it->m_height << endl;
    }
}

int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

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在进行一次逻辑规则指定，并不复杂