详解C++中 list 与 vector

程序员文章站 2022-03-22 21:45:17

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前言

首先介绍一下 vector 与 list 的区别：
vector
vector与数组类似，拥有一段连续的内存空间，并且起始地址不变。便于随机访问，时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O(1)，但因为内存空间是连续的，所以在进入插入和删除操作时，会造成内存块的拷贝，时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)。

此外，当数组内存空间不足，会采取扩容，通过重新申请一块更大的内存空间进行内存拷贝。

list
list底层是由双向链表实现的，因此内存空间不是连续的。根据链表的实现原理，List查询效率较低，时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)，但插入和删除效率较高。只需要在插入的地方更改指针的指向即可，不用移动数据。

C++ STL 库中的Vectors

Vectors 包含着一系列连续存储的元素,其行为和数组类似。访问Vector中的任意元素或从末尾添加元素都可以在常量级时间复杂度内完成，而查找特定值的元素所处的位置或是在Vector中插入元素则是线性时间复杂度。

▌01. Iterators

Function	Explanation
`begin`	返回第一个元素的迭代器
`end`	返回最末元素的迭代器(译注:实指向最末元素的下一个位置)
`rbegin`	返回Vector尾部的逆迭代器
`rend`	返回Vector起始的逆迭代器

▌02. Capacity

Function	Explanation
`size`	返回Vector元素数量的大小
`max_size`	返回Vector所能容纳元素的最大数量（上限）
`resize`	改变Vector元素数量的大小
`capacity`	返回vector所能容纳的元素数量(在不重新分配内存的情况下）
`reserve`	设置Vector最小的元素容纳数量
`empty`	判断Vector是否为空（返回true时为空）

void resize( size_type size, TYPE val );	//resize() 函数改变当前vector的大小为size,且对新创建的元素赋值val

▌03. Element access

Function	Explanation
`operator[]`	返回指定位置的元素
`at`	返回指定位置的元素
`front`	返回第一个元素
`back`	返回最末一个元素

▌04. Modifiers

Function	Explanation
`assign`	对Vector中的元素赋值
`push_back`	在Vector最后添加一个元素
`pop_back`	移除最后一个元素
`insert`	插入操作
`erase`	删除操作
`swap`	交换操作
`clear`	清空所有元素

4.1 assign

void assign( input_iterator start, input_iterator end );
void assign( size_type num, const TYPE &val );

assign() 函数要么将区间[start, end)的元素赋到当前vector,或者赋num个值为val的元素到vector中.这个函数将会清除掉为vector赋值以前的内容.

4.2 push_back & pop_back

void push_back( const TYPE &val );
void pop_back();

push_back()添加值为val的元素到当前vector末尾
pop_back()函数删除当前vector最末的一个元素

4.3 insert

iterator insert( iterator loc, const TYPE &val );
void insert( iterator loc, size_type num, const TYPE &val );
void insert( iterator loc, input_iterator start, input_iterator end );

insert() 函数有以下三种用法:

在指定位置loc前插入值为val的元素,返回指向这个元素的迭代器,
在指定位置loc前插入num个值为val的元素
在指定位置loc前插入区间[start, end)的所有元素 .

// inserting into a vector
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main ()
{
	vector<int> myvector (3,100);
	vector<int>::iterator it;

	it = myvector.begin();
	it = myvector.insert ( it , 200 );

	myvector.insert (it,2,300);

	// "it" no longer valid, get a new one:
	it = myvector.begin();

	vector<int> anothervector (2,400);
	myvector.insert (it+2,anothervector.begin(),anothervector.end());

	int myarray [] = { 501,502,503 };
	myvector.insert (myvector.begin(), myarray, myarray+3);

	cout << "myvector contains:";
	for (it=myvector.begin(); it<myvector.end(); it++)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

	return 0;
}
//myvector contains: 501 502 503 300 300 400 400 200 100 100 100

4.4 erase

iterator erase( iterator loc );
iterator erase( iterator start, iterator end );

erase函数要么删作指定位置loc的元素,要么删除区间[start, end)的所有元素.返回值是指向删除的最后一个元素的下一位置的迭代器.

// erasing from vector
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main ()
{
	vector<int> myvector;

  	// set some values (from 1 to 10)
  	for (int i=1; i<=10; i++) myvector.push_back(i);

  	// erase the 6th element
  	myvector.erase (myvector.begin()+5);

  	// erase the first 3 elements:
  	myvector.erase (myvector.begin(),myvector.begin()+3);

	cout << "myvector contains:";
  	for (unsigned i=0; i<myvector.size(); ++i)
		cout << ' ' << myvector[i];
	cout << '\n';

  return 0;
}
//myvector contains: 4 5 7 8 9 10

▌05. Allocator

get_allocator() : 返回vector的内存分配器

// vector::get_allocator
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main ()
{
	vector<int> myvector;
  	int * p;
  	unsigned int i;

  	// allocate an array with space for 5 elements using vector's allocator:
  	p = myvector.get_allocator().allocate(5);

  	// construct values in-place on the array:
  	for (i=0; i<5; i++) myvector.get_allocator().construct(&p[i],i);

	cout << "The allocated array contains:";
  	for (i=0; i<5; i++) cout << ' ' << p[i];
	cout << '\n';

  	// destroy and deallocate:
  	for (i=0; i<5; i++) myvector.get_allocator().destroy(&p[i]);
  	myvector.get_allocator().deallocate(p,5);

  	return 0;
}
//The allocated array contains: 0 1 2 3 4

▌06. relational operators

C++ Vectors能够使用标准运算符: ==, !=, <=, >=, <, 和 >. 要访问vector中的某特定位置的元素可以使用 [] 操作符.

两个vectors被认为是相等的,如果:

它们具有相同的容量
所有相同位置的元素相等.
vectors之间大小的比较是按照词典规则.

C++ STL 库中的链表Lists

Lists将元素按顺序储存在链表中. 与向量(vectors)相比, 它允许快速的插入和删除，但是随机访问却比较慢.

▌01. Iterators

Function	Explanation
`begin`	返回第一个元素的迭代器
`end`	返回最末元素的迭代器(译注:实指向最末元素的下一个位置)
`rbegin`	返回指向第一个元素的逆向迭代器
`rend`	指向list末尾的逆向迭代器

▌02. Capacity

Function	Explanation
`size`	返回list中的元素个数
`max_size`	返回list能容纳的最大元素数量
`empty`	如果list是空的则返回true

▌03. Element access

Function	Explanation
`front`	返回第一个元素
`back`	返回最末一个元素

▌04. Modifiers

Function	Explanation
`assign`	给list赋值
`push_back`	在list的末尾添加一个元素
`pop_back`	移除最后一个元素
`push_front`	在list的头部添加一个元素
`pop_front`	删除第一个元素
`insert`	插入操作
`erase`	删除操作
`swap`	交换操作
`resize`	改变list的大小
`clear`	清空所有元素

▌05. Operations

Function	Explanation
`splice`	合并两个list （可以无序）
`merge`	合并两个list （必须有序）
`remove`	从list删除元素
`remove_if()`	按指定条件删除元素
`unique`	删除list中重复的元素
`sort`	给list排序
`reverse`	把list的元素倒转

5.1 splice & merge

void splice( iterator pos, list &lst );
void splice( iterator pos, list &lst, iterator del );
void splice( iterator pos, list &lst, iterator start, iterator end );

splice()函数把lst连接到pos的位置。如果指定其他参数，则插入lst中del所指元素到现链表的pos上，或者用start和end指定范围。

void merge(list &lst );
void merge( list &lst, Comp compfunction );

merge()函数把自己和lst链表连接在一起，产生一个整齐排列的组合链表。如果指定compfunction，则将指定函数作为比较的依据。

// splicing lists
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

int main ()
{
	list<int> mylist1, mylist2;
  	list<int>::iterator it;

  	// set some initial values:
  	for (int i=1; i<=4; ++i)
     	mylist1.push_back(i);      // mylist1: 1 2 3 4

  	for (int i=1; i<=3; ++i)
     	mylist2.push_back(i*10);   // mylist2: 10 20 30

  	it = mylist1.begin();
  		++it;                 		// points to 2

  	mylist1.splice (it, mylist2); 	// mylist1: 1 10 20 30 2 3 4
                                	// mylist2 (empty)
                                	// "it" still points to 2 (the 5th element)
                                          
  	mylist2.splice (mylist2.begin(),mylist1, it);
                                	// mylist1: 1 10 20 30 3 4
                                	// mylist2: 2
                                	// "it" is now invalid.
  	it = mylist1.begin();
	advance(it,3);           		// "it" points now to 30

  	mylist1.splice ( mylist1.begin(), mylist1, it, mylist1.end());
                                	// mylist1: 30 3 4 1 10 20

 	cout << "mylist1 contains:";
  	for (it=mylist1.begin(); it!=mylist1.end(); ++it)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

	cout << "mylist2 contains:";
 	 for (it=mylist2.begin(); it!=mylist2.end(); ++it)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

  return 0;
}
//mylist1 contains: 30 3 4 1 10 20
//mylist2 contains: 2

// list::merge
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

// compare only integral part:
bool mycomparison (double first, double second)
{ return ( int(first)<int(second) ); }

int main ()
{
	list<double> first, second;

	first.push_back (3.1);
	first.push_back (2.2);
	first.push_back (2.9);

	second.push_back (3.7);
	second.push_back (7.1);
	second.push_back (1.4);

	first.sort();
	second.sort();

	first.merge(second);

	// (second is now empty)

	second.push_back (2.1);

	first.merge(second,mycomparison);

	cout << "first contains:";
	for (list<double>::iterator it=first.begin(); it!=first.end(); ++it)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

	return 0;
}
//first contains: 1.4 2.2 2.9 2.1 3.1 3.7 7.1

5.2 remove

void remove( const TYPE &val );

remove()函数删除链表中所有值为val的元素。

5.3 remove_if

void remove_if( UnPred pr );

remove_if()以一元谓词pr为判断元素的依据，遍历整个链表。如果pr返回true则删除该元素。

// list::remove_if
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

// a predicate implemented as a function:
bool single_digit (const int& value) { return (value<10); }

// a predicate implemented as a class:
struct is_odd {
	bool operator() (const int& value) { return (value%2)==1; }
};

int main ()
{
	int myints[]= {15,36,7,17,20,39,4,1};
	list<int> mylist (myints,myints+8);   // 15 36 7 17 20 39 4 1
	
	mylist.remove_if (single_digit);           // 15 36 17 20 39
	
	mylist.remove_if (is_odd());               // 36 20
	
	cout << "mylist contains:";
	for (list<int>::iterator it=mylist.begin(); it!=mylist.end(); ++it)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';
	
	return 0;
}
//mylist contains: 36 20

5.4 unique

void unique();
void unique( BinPred pr );

unique()函数删除链表中所有重复的元素。如果指定pr，则使用pr来判定是否删除。

// list::unique
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <list>
using namespace std;

// a binary predicate implemented as a function: 具有相同的整数部分
bool same_integral_part (double first, double second)
{ return ( int(first)==int(second) ); }

// a binary predicate implemented as a class:
struct is_near {
	bool operator() (double first, double second)
	{ return (fabs(first-second)<5.0); }
};

int main ()
{
	double mydoubles[]={ 12.15,  2.72, 73.0,  12.77,  3.14,
                       12.77, 73.35, 72.25, 15.3,  72.25 };
	list<double> mylist (mydoubles,mydoubles+10);
  
	mylist.sort();             //  2.72,  3.14, 12.15, 12.77, 12.77,
	                           // 15.3,  72.25, 72.25, 73.0,  73.35

  	mylist.unique();           //  2.72,  3.14, 12.15, 12.77
                               // 15.3,  72.25, 73.0,  73.35

  	mylist.unique (same_integral_part);  //  2.72,  3.14, 12.15
                                         // 15.3,  72.25, 73.0

 	 mylist.unique (is_near());           //  2.72, 12.15, 72.25

	cout << "mylist contains:";
  	for (list<double>::iterator it=mylist.begin(); it!=mylist.end(); ++it)
		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

  	return 0;
}
//mylist contains: 2.72 12.15 72.25

5.5 sort

void sort();
void sort( Comp compfunction );

sort()函数为链表排序，默认是升序。如果指定compfunction的话，就采用指定函数来判定两个元素的大小。

// list::sort
#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
#include <cctype>
using namespace std;

// comparison, not case sensitive.	按字母顺序排序，不考虑大小写
bool compare_nocase (const string& first, const string& second)
{
	unsigned int i=0;
	while ( (i<first.length()) && (i<second.length()) )
  	{
    	if (tolower(first[i])<tolower(second[i])) return true;
    	else if (tolower(first[i])>tolower(second[i])) return false;
    	++i;
  	}
  	return ( first.length() < second.length() );
}

int main ()
{
	list<string> mylist;
	list<string>::iterator it;
  	mylist.push_back ("one");
  	mylist.push_back ("two");
  	mylist.push_back ("Three");

  	mylist.sort();

 	cout << "mylist contains:";
  	for (it=mylist.begin(); it!=mylist.end(); ++it)
  		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

  	mylist.sort(compare_nocase);

 	cout << "mylist contains:";
  	for (it=mylist.begin(); it!=mylist.end(); ++it)
  		cout << ' ' << *it;
	cout << '\n';

  	return 0;
}
//mylist contains: Three one two
//mylist contains: one Three two

▌06. Allocator

get_allocator：返回list的配置器

// list::get_allocator
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

int main ()
{
	list<int> mylist;
  	int * p;

  	// allocate an array of 5 elements using mylist's allocator:
  	p=mylist.get_allocator().allocate(5);

  	// assign some values to array
  	for (int i=0; i<5; ++i) p[i]=i;

  	cout << "The allocated array contains:";
  	for (int i=0; i<5; ++i)  cout << ' ' << p[i];
		cout << '\n';

  	mylist.get_allocator().deallocate(p,5);

  	return 0;
}
The allocated array contains: 0 1 2 3 4

▌07. relational operators

std::relational operators (list)

详解C++中 list 与 vector

【啊哈！算法】系列文章目录

目录

前言

C++ STL 库中的Vectors

▌01. Iterators

▌02. Capacity

▌03. Element access

▌04. Modifiers

4.1 assign

4.2 push_back & pop_back

4.3 insert

4.4 erase

▌05. Allocator

▌06. relational operators

C++ STL 库中的链表Lists

▌01. Iterators

▌02. Capacity

▌03. Element access

▌04. Modifiers

▌05. Operations

5.1 splice & merge

5.2 remove

5.3 remove_if

5.4 unique

5.5 sort

▌06. Allocator

▌07. relational operators

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