C++中的标准容器类 list 使用实例剖析

C++中的 list（列表）是顺序容器，其中存储的元素并不是内存连续的，这一点和上一节讨论的 deque 是类似的。

list 容器类的特点

稍后几节将要讨论的C++中的 vector（向量）容器中的元素在内存中是连续存储的，这一点恰好和 list 相反。元素相邻存储的好处是随机访问非常方便，可以像类似于C语言数组那样通过下标访问各个元素，但是插入元素开销就比较大了，因为每插入一个元素，都必须移动其他所有元素。

而C++中的 list 则客服了 vector 容器的这个缺点，它允许程序员在 list 的任意位置插入元素，而不会造成很大的开销。不过，就随机访问而言，list 比 vector 慢。

list 的声明与初始化

在C++程序开发中使用 list 容器类是非常方便的，只需要在程序开头包含 <list>头文件就可以了：

#include <list>

list 容器类在 std 命名空间中，因此声明一个 list 容器类对象可以按照下面这种方式：

std::list<objType> obj;

其中 objType 表示数据类型，它可以是任意类型，也可以是一个类，甚至可以是 list 本身，例如：

std::list<int> i;
std::list<std::list<int>> li;

我们可以在定义 list 容器类对象时对其初始化（需要c++11支持），例如下面这段C++代码：

std::list<int> mylist = {1, 1, 2, 3, 5};

上面这样的初始化将在 mylist 中填充数据，如前文所述，这些数据元素在内存中的分布不是连续的，倒是有些像链表：

一旦定义好 list 容器类对象并且初始化完毕，我们就可以通过迭代器访问其中的元素了。迭代器可以通过成员函数 begin() 和 end() 辅助使用，下面是一个例子，请看：

#include <iostream>
#include <string>
#include <list>
#include <iterator>
using namespace std;
int main()
{
   list<int> mylist = {1, 1, 2, 3, 5};
   cout<<”List elements are: “;
   list<int>::iterator it;
   for(it=mylist.begin();it!=mylist.end();++it)
        cout<<*it<<” “;
}

编译并执行上述C++代码，可以得到如下输出：

List elements are: 1 1 2 3 5

从代码可以看出，迭代器 it 本质上是一个指针，它在 for() 循环中的使用，和常用的整型循环变量在 for() 中的使用非常类似，唯一的区别就是使用 begin() 函数作为起点，end() 函数作为终点。

C++中的 list 容器类也可以倒序遍历，只需将begin()函数和end()函数换成 rbegin() 和 rend() 函数就可以了，这一点和上一节介绍的的 deque 容器类是类似的，不再赘述了。

list 容器类的成员函数

insert() 函数

它可以将给定的元素插入到 list 的指定位置，返回值是一个迭代器，指向最开始插入的元素位置。典型用法如下：

insert(pos, num_elem, elem)

其中 pos 表示将要插入的位置；num_elem 表示要插入的元素数，默认是 1；elem 则表示要插入的元素。下面是一段典型的C++代码实例，请看：

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

int main()
{
   list<int> mylist = {1,1,2};
   list<int>::iterator it = mylist.begin();
   // 迭代器指向第 2 个位置
   advance(it, 1);
   // 将元素 3 插入迭代器指向的位置
   mylist.insert(it, 3);
   cout << "The list after inserting 1 element using insert() is : ";
   for (list<int>::iterator i = mylist.begin();i != mylist.end();i++)
      cout << *i << " ";
   cout << endl;

    return 0;
}

代码很简单，我们先指定要插入元素的位置（通过迭代器），然后即可调用 insert() 成员函数将元素 3 插入。编译并执行上述C++代码，可以得到如下输出，请看：

# g++ t1.cpp --std=c++11
# ./a.out
The list after inserting 1 element using insert() is : 1 3 1 2

可以看出，这里我们仅将元素 3 插入 1 次，若希望插入多次，则可以通过 insert() 函数的第二个参数指定：

...
mylist.insert(it, 2, 3);
...

此时再编译并执行修改后的C++代码，可以得到 1 3 3 1 2 的输出。

push_back() 和 push_front() 函数

list 容器类是一个双向的列表类，因此可以双向插入。push_back() 函数可以将元素插入到 list 容器的尾部，而 push_front() 函数则可以将元素插入到 list 容器的头部。下面这段C++代码是一个简单的实例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <list>
#include <iterator>

using namespace std;

void printlist(list <int> mylist)
{
   list <int> :: iterator it;
   for(it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
      cout  <<*it<<' ';
   cout  << '\n';
}
int main()
{
   std::list<int> mylist = {1, 1, 2, 3};
   cout<<"List elements are: ";
   printlist(mylist);

   mylist.push_front(0);
   mylist.push_back(5);

   cout<<"\nList contents after push_front and push_back: ";
   printlist(mylist);

   return 0;
}

编译并执行这段C++代码，可以得到如下输出：

# g++ t.cpp --std=c++11
# ./a.out 
List elements are: 1 1 2 3 

List contents after push_front and push_back: 0 1 1 2 3 5

pop_back() 和 pop_front() 函数

这两个函数的功能恰好分别和 push_back() 与 push_front() 函数的功能反过来，pop_back() 函数可以将 list 的尾部元素删除，而 pop_front() 函数则可以将 list 的头部元素删除，显然，在元素头部或者尾部元素被删除后，list 的长度会减少。下面是一段C++代码示例：

#include <iostream>
#include <list>
#include <iterator>

using namespace std;

void printlist(list <int> mylist)
{
   list <int> :: iterator it;
   for(it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
     cout <<*it<<' ';
     cout << '\n';
}
int main()
{
   std::list<int> mylist = {1, 1, 2, 3, 5};
   cout<<"List elements are: ";
   printlist(mylist);

   mylist.pop_front();
   mylist.pop_back();

   cout<<"\nList contents after push_front and push_back: ";
   printlist(mylist);

   return 0;
}

编译并执行这段C++代码，得到如下输出：

List elements are: 1 1 2 3 5

List contents after push_front and push_back: 1 2 3

size()，empty()，erase()，clear() 函数

list 容器类的 size() 成员函数返回容器内所有元素的个数，empty() 返回容器是否为空，erase() 函数则可以从 list 中删除某个元素，clear() 函数可以删除 list 容器中所有的元素。下面是一段C++代码示例，请看：

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

void printlist(list <int> mylist)
{
   list <int> :: iterator it;
   for(it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
      cout <<*it<<' ';
   cout << '\n';
}
int main()
{
   std::list<int> mylist = {1, 1, 2, 3, 5};
   cout<<"List elements are: ";
   printlist(mylist);

   cout<<"size of the list: "<<mylist.size();

   list<int>::iterator it = mylist.begin();

   if(!(mylist.empty())){
      mylist.erase(it);
      cout<<"\nList after erase first element: ";
      printlist(mylist);
      cout<<"New size of the list: "<<mylist.size();
   }
   else
      cout<<"list is empty";

   mylist.clear();
   cout<<"\nsize of the list after clear: "<<mylist.size();

   return 0;
}

编译并执行上述C++代码，得到如下输出，请看：

List elements are: 1 1 2 3 5 
size of the list: 5
List after erase first element: 1 2 3 5 
New size of the list: 4

front()，back()，swap()，reverse()，sort()函数

其实这些函数的功能能够直接通过它们的名字看出：front() 和 back() 函数分别返回 list 的头部和尾部元素，swap() 和 reverse() 函数则分别可以交换和反转 list，sort() 函数则提供了排序功能。下面是一段C++代码示例：

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

void printlist(list <int> mylist)
{
   list <int> :: iterator it;
   for(it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
      cout <<*it<<'\t';
      cout << '\n';
}

int main()
{
   std::list<int> mylist = {1, 1, 2, 3, 5};
   cout<<"List elements are: ";
   printlist(mylist);

   cout<<"\nFront of the list: "<<mylist.front();
   cout<<"\nBack of the list: "<<mylist.back();
   cout<<endl;

   cout<<"\nReversed List: ";
   mylist.reverse();
   printlist(mylist);

   list<int> oddlist = {1,5,9,3,7};
   oddlist.sort();
   cout<<"\nContents of odd list:";
   printlist(oddlist);

   mylist.swap(oddlist);
   cout<<"After swapping\n mylist: ";
   printlist(mylist);
   cout<<"Oddlist : ";
   printlist(oddlist);

   return 0;
}

编译并执行这段C++代码，得到如下输出：

List elements are: 1 1 2 3 5 

Front of the list: 1
Back of the list: 5

Reversed List: 5 3 2 1 1 

Contents of odd list:1 3 5 7 9 
After swapping
 mylist: 1 3 5 7 9 
Oddlist : 5 3 2 1 1