C++ STL list基本用法

C++ STL list基本用法

内容

好的，我来详细讲解C++ STL中的std::list用法及其优势，同时对比手写链表的差异。内容分三个部分：

---

一、STL list 核心用法

1. 基本操作

#include <list>

// 初始化
std::list<int> myList;             // 空链表
std::list<int> myList2(5, 100);     // 5个元素，每个都是100
std::list<int> copiedList(myList2); // 拷贝构造

// 插入元素
myList.push_front(10);    // 头部插入
myList.push_back(20);     // 尾部插入
auto it = myList.begin();
advance(it, 1);           // 移动迭代器
myList.insert(it, 15);    // 在第二个位置插入15

// 删除元素
myList.pop_front();       // 删除头部
myList.pop_back();        // 删除尾部
myList.erase(it);         // 删除迭代器指向元素
myList.remove(100);       // 删除所有值为100的元素

// 遍历
for(auto& num : myList) { /* 范围for循环 */ }
for(auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) { /* 迭代器遍历 */ }

2. 关键特性

// 合并排序的链表（要求两个链表已排序）
std::list<int> listA {1, 3, 5};
std::list<int> listB {2, 4, 6};
listA.merge(listB);  // listA变为[1,2,3,4,5,6]，listB为空

// 排序（时间复杂度 O(n log n)）
myList.sort(); 

// 去重（需先排序）
myList.unique(); 

// 反转链表
myList.reverse();

3. 迭代器失效规则

安全操作：

• insert 不会使其他迭代器失效
• erase 仅使被删除元素的迭代器失效

---

二、STL list 对比手写链表的六大优势

特性	STL list	手写链表
内存管理	自动分配/释放，无内存泄漏	需手动管理，易出现内存错误
异常安全	严格保证操作原子性	需自行实现回滚逻辑
算法集成	内置sort/merge/unique等算法	需重新实现基础算法
迭代器支持	双向迭代器，支持STL算法	通常仅实现基础遍历
时间复杂度	插入/删除 O(1)，排序 O(n log n)	需自行优化算法效率
代码健壮性	经过数十年工业级验证	自实现代码可能存在隐藏BUG

典型场景对比：插入10万元素

// STL list（简洁安全）
std::list<int> stlList;
for(int i=0; i<100000; ++i) {
    stlList.push_back(i);
}

// 手写链表（易出错示例）
struct Node {
    int data;
    Node* next;
    Node(int d) : data(d), next(nullptr) {}
};

Node* head = nullptr;
Node* tail = nullptr;
for(int i=0; i<100000; ++i) {
    Node* newNode = new Node(i);
    if(!tail) {
        head = tail = newNode;
    } else {
        tail->next = newNode;  // 容易忘记维护tail指针
        tail = newNode;        // 若此处抛出异常会导致内存泄漏
    }
}
// 必须额外编写析构函数释放内存

---

三、何时选择手写链表？

尽管STL list优势明显，但在以下特殊场景可能需要手写：

1. 极致性能需求：需要实现lock-free链表等高级结构
2. 特殊内存管理：使用内存池或特定硬件内存区域
3. 定制数据结构：例如跳跃链表、异或链表等变种

---

总结建议

• 优先使用STL list：适用于99%的常规场景
• 性能关键处验证：若怀疑STL性能，先用profiler测试
• 学习价值：手写链表可作为学习数据结构的练习，但生产环境慎用

通过STL list可以显著提升开发效率，同时避免大量底层错误。其内置算法和异常安全特性使其成为C++开发中最可靠的顺序容器之一。