网硕互联帮助中心C++ std::list 概念详解
std::list 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个双向链表容器。与 vector 和 array 不同，它不保证元素在内存中连续存储，而是通过指针将各个元素连接起来。
核心特性
- 每个元素包含指向前驱和后继的指针
- 支持双向遍历（前向和后向）
- 任意位置插入/删除：O(1)
- 随机访问：O(n)（效率低）
- 排序：O(n log n)（使用成员函数 sort()）
- 非连续内存分配
- 每个元素有额外指针开销（前驱 + 后继）
- 不会导致迭代器失效（除被删除元素）
- 双向迭代器（支持 ++ 和 –）
- 不支持随机访问（不能 + n）
常用成员函数
| 插入元素 | push_back() | list.push_back(10); |
| push_front() | list.push_front(5); | |
| insert() | list.insert(it, 7); | |
| 删除元素 | pop_back() | list.pop_back(); |
| pop_front() | list.pop_front(); | |
| erase() | list.erase(it); | |
| 访问元素 | front() | int first = list.front() |
| back() | int last = list.back() | |
| 容量操作 | size() | int len = list.size() |
| empty() | if (list.empty()) … | |
| 特殊操作 | splice() | list1.splice(pos, list2) |
| sort() | list.sort(); | |
| merge() | list1.merge(list2); | |
| reverse() | list.reverse(); |
使用案例：订单管理系统
#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
#include <algorithm>
// 订单结构
struct Order {
int id;
std::string customer;
double amount;
Order(int i, std::string c, double a)
: id(i), customer(c), amount(a) {}
};
int main() {
// 创建订单链表
std::list<Order> orders;
// 添加订单（三种方式）
orders.push_back(Order(101, "Alice", 150.0)); // 尾部添加
orders.emplace_back(102, "Bob", 99.99); // 直接构造（C++11）
orders.push_front(Order(100, "VIP", 500.0)); // 头部添加
// 在特定位置插入
auto it = orders.begin();
std::advance(it, 2); // 移动到第三个位置
orders.insert(it, Order(103, "Charlie", 75.5));
// 遍历并打印订单（C++11范围循环）
std::cout << "All Orders:\\n";
for (const auto& order : orders) {
std::cout << "ID: " << order.id
<< ", Customer: " << order.customer
<< ", Amount: $" << order.amount << "\\n";
}
// 删除特定订单（金额<100）
orders.remove_if([](const Order& o) {
return o.amount < 100.0;
});
// 按金额升序排序
orders.sort([](const Order& a, const Order& b) {
return a.amount < b.amount;
});
// 新订单批次
std::list<Order> newOrders = {
{201, "David", 200.0},
{202, "Eva", 350.0}
};
// 合并订单（到链表尾部）
orders.splice(orders.end(), newOrders);
// 遍历打印最终订单
std::cout << "\\nFinal Orders (Sorted & Merged):\\n";
for (const auto& order : orders) {
std::cout << "ID: " << order.id
<< ", Customer: " << order.customer
<< ", Amount: $" << order.amount << "\\n";
}
// 查找特定订单
auto findIt = std::find_if(orders.begin(), orders.end(),
[](const Order& o) { return o.customer == "Eva"; });
if (findIt != orders.end()) {
std::cout << "\\nFound Eva's order: $" << findIt->amount << "\\n";
}
return 0;
}
输出示例：
All Orders:
ID: 100, Customer: VIP, Amount: $500
ID: 101, Customer: Alice, Amount: $150
ID: 103, Customer: Charlie, Amount: $75.5
ID: 102, Customer: Bob, Amount: $99.99
Final Orders (Sorted & Merged):
ID: 103, Customer: Charlie, Amount: $75.5
ID: 102, Customer: Bob, Amount: $99.99
ID: 101, Customer: Alice, Amount: $150
ID: 201, Customer: David, Amount: $200
ID: 202, Customer: Eva, Amount: $350
ID: 100, Customer: VIP, Amount: $500
Found Eva's order: $350
关键操作详解
高效插入/删除：
// 在任意位置插入（O(1)）
auto it = orders.begin();
std::advance(it, 3);
orders.insert(it, Order(105, "Frank", 120.0));
// 删除指定位置元素（O(1)）
orders.erase(it);
链表拼接：
// 将list2的所有元素移动到list1的指定位置
list1.splice(position, list2);
// 移动list2中的单个元素
list1.splice(pos, list2, elementIt);
// 移动list2中的元素范围
list1.splice(pos, list2, startIt, endIt);
专用排序算法：
// 成员函数sort（比std::sort更高效）
orders.sort(); // 默认使用operator<
// 自定义排序
orders.sort([](const Order& a, const Order& b) {
return a.amount > b.amount; // 按金额降序
});
链表合并：
// 合并两个有序链表
list1.merge(list2);
// 注意：合并后list2为空
性能对比（vs vector）
| 随机访问 | O(n) | O(1) |
| 头部插入/删除 | O(1) | O(n) |
| 尾部插入/删除 | O(1) | O(1) 摊销 |
| 中间插入 | O(1) | O(n) |
| 内存连续性 | 否 | 是 |
| 内存开销 | 高（指针） | 低 |
最佳实践
适用场景：
- 需要频繁在任意位置插入/删除
- 不需要随机访问
- 需要稳定迭代器（不失效）
- 需要高效合并/拆分操作
不适用场景：
- 需要随机访问元素
- 内存受限环境
- 需要缓存友好的操作
现代C++技巧：
// 结构化绑定（C++17）
for (const auto& [id, customer, amount] : orders) {
std::cout << customer << ": $" << amount << "\\n";
}
// 自定义内存分配器
std::list<int, MyAllocator> customList;
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