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C++ STL中链表(list)的概念与实现

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C++标准模版库(STL)中的链表是通过std::list类模板实现的。std::list是一个双向链表,它提供了一种在序列中快速插入和删除元素的方式。

概念

  • 双向链表std::list是一个双向链表,每个节点包含指向上一个节点和下一个节点的指针。因此,可以从任意节点向前或向后遍历序列。
  • 动态大小std::list的大小可以动态改变,可以安全地添加或删除元素。
  • 非连续存储:与std::vector不同,std::list不提供连续的存储。因此,它不支持随机访问,无法使用下标操作符[]来访问元素。
  • 有效的插入和删除操作:在双向链表中,插入或删除一个元素的操作时间复杂度为常数时间(O(1)),如果位置已知。

常用操作

  1. 初始化

    1. std::list<int> myList; // 创建一个空链表
    2. std::list<int> myList2 = {1, 2, 3, 4}; // 使用初始化列表
  2. 元素访问

    1. myList.front(); // 返回第一个元素
    2. myList.back(); // 返回最后一个元素
  3. 迭代器

    1. for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
    2. std::cout << *it << " ";
    3. }
    4. // 使用范围循环
    5. for (int value : myList) {
    6. std::cout << value << " ";
    7. }
  4. 修改

    1. myList.push_back(10); // 在链表末尾添加元素
    2. myList.push_front(0); // 在链表开头添加元素
    3. myList.pop_back(); // 删除末尾元素
    4. myList.pop_front(); // 删除开头元素
  5. 插入与删除

    1. auto it = myList.begin();
    2. std::advance(it, 2); // 将迭代器移动到第三个位置
    3. myList.insert(it, 20); // 在第三个位置插入20
    4. myList.erase(it); // 删除位置上的元素
  6. 其他操作

    1. myList.size(); // 返回链表中的元素个数
    2. myList.clear(); // 清除链表中的所有元素
    3. myList.reverse(); // 反转链表
    4. myList.sort(); // 排序链表

总结

std::list提供了一种高效管理元素集合的方式,尤其在需要频繁插入和删除操作时十分有用。但由于非连续存储,随机访问性能较差,在需要频繁随机访问的场合,std::vector可能是更好的选择。根据具体需求,选择合适的数据结构非常重要,以实现最佳性能。

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