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C++中std::list的使用详解和综合实战代码示例

网友: 技术文档 2025-07-26 20:24:48

std::list 是 C++ STL（标准模板库）中提供的一个 双向链表容器，适用于需要频繁在中间或头尾插入/删除元素的场景。

一、std::list 概述

#include

  • 定义：

    std::list<int> myList;

  • 底层结构：双向链表

  • 特点：

    • 插入/删除效率高（O(1)）
    • 不能随机访问（没有 [] 操作符，不能用索引）
    • 每个节点存储数据 + 前后指针

二、常见用法示例

1. 创建与初始化

std::list<int> list1; // 空列表std::list<int> list2 = {1, 2, 3, 4}; // 列表初始化std::list<int> list3(5, 10);  // 5 个值为 10 的元素

2. 插入与删除

std::list<int> myList = {1, 2, 3};// 头尾插入myList.push_front(0); // -> 0 1 2 3myList.push_back(4); // -> 0 1 2 3 4// 头尾删除myList.pop_front(); // -> 1 2 3 4myList.pop_back(); // -> 1 2 3// 插入到指定位置（使用 iterator）auto it = myList.begin();std::advance(it, 1); // 移动到第2个元素myList.insert(it, 10); // -> 1 10 2 3// 删除指定位置it = myList.begin();std::advance(it, 2);myList.erase(it); // -> 1 10 3

3. 遍历 list

for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) std::cout << *it << \" \";for (const auto& val : myList) std::cout << val << \" \";

4. 其他常用操作

myList.clear();  // 清空myList.empty();  // 是否为空myList.size();  // 元素个数myList.front();  // 第一个元素myList.back();  // 最后一个元素

三、特殊操作

1. 去重（相邻元素）

std::list<int> lst = {1, 1, 2, 2, 3, 3};lst.unique(); // -> 1 2 3

2. 排序

lst.sort(); // 升序排序lst.sort(std::greater<int>()); // 降序排序

3. 反转

lst.reverse();

四、自定义类型示例

struct Person { std::string name; int age;};std::list<Person> people = { {\"Alice\", 30}, {\"Bob\", 25}, {\"Charlie\", 35}};people.sort([](const Person& a, const Person& b) { return a.age < b.age;});

五、使用场景总结

需求 是否适合 std::list 快速在中间插入/删除 ✅ 非常适合 随机访问元素 ❌ 不适合（用 vector 更合适） 大量头部插入 ✅ 需要排序和去重 ✅ 多线程场景 ⚠️ 需要加锁（非线程安全）

六、高级应用示例

下面是 std::list 的高级用法示范，涵盖：

  • 自定义排序与 splice
  • 使用 remove_if 删除特定条件元素
  • merge 合并已排序链表
  • 使用 unique 去重
  • 自定义类型支持 std::list

示例1：高级用法综合示范

#include #include #include #include struct Person { std::string name; int age; // 支持排序的比较函数 bool operator<(const Person& other) const { return age < other.age; } // 支持去重的等价比较函数 bool operator==(const Person& other) const { return name == other.name && age == other.age; }};void PrintList(const std::list<Person>& lst, const std::string& title) { std::cout << title << \":\\n\"; for (const auto& p : lst) { std::cout << \" \" << p.name << \", age \" << p.age << \"\\n\"; } std::cout << std::endl;}int main() { std::list<Person> group1 = { {\"Alice\", 30}, {\"Bob\", 25}, {\"Charlie\", 28} }; std::list<Person> group2 = { {\"Diana\", 26}, {\"Eve\", 24}, {\"Bob\", 25} }; PrintList(group1, \"Group 1\"); PrintList(group2, \"Group 2\"); // sort + merge（合并两个已排序 list） group1.sort(); // 按 age 升序排序 group2.sort(); group1.merge(group2); // group2 被清空 PrintList(group1, \"Merged Group\"); // unique 去重（需要 operator==） group1.unique(); PrintList(group1, \"After unique (去重)\"); // remove_if：删除年龄小于 28 的成员 group1.remove_if([](const Person& p) { return p.age < 28; }); PrintList(group1, \"After remove_if (age < 28)\"); // splice：将一个 list 插入另一个位置 std::list<Person> newcomers = { {\"Frank\", 31}, {\"Grace\", 29} }; auto it = std::next(group1.begin()); group1.splice(it, newcomers); // 插入 newcomers 到 group1 中间 PrintList(group1, \"After splice newcomers\"); return 0;}

输出：

Group 1: Alice, age 30 Bob, age 25 Charlie, age 28Group 2: Diana, age 26 Eve, age 24 Bob, age 25Merged Group: Eve, age 24 Bob, age 25 Bob, age 25 Diana, age 26 Charlie, age 28 Alice, age 30After unique (去重): Eve, age 24 Bob, age 25 Diana, age 26 Charlie, age 28 Alice, age 30After remove_if (age < 28): Charlie, age 28 Alice, age 30After splice newcomers: Charlie, age 28 Frank, age 31 Grace, age 29 Alice, age 30

小结：std::list 高级用法速查

功能 函数 说明 排序 list.sort() 内部比较或自定义排序 合并 list.merge() 需先排序，合并后自动排序 去重 list.unique() 删除相邻重复元素（需支持 ==） 条件删除 remove_if() 按 lambda 或谓词删除 插入链表 splice() 整段迁移插入，不拷贝、零成本 自定义类型支持 重载 < 与 == 支持排序、去重、自定义谓词

示例2：实现简易任务调度系统

示例支持功能：

  • 添加任务（支持优先级）
  • 动态执行并删除任务
  • 删除过期任务
  • 支持按优先级排序执行

Task 定义:

#include #include #include #include #include #include using Clock = std::chrono::steady_clock;struct Task { std::string name; int priority; // 数字越大，优先级越高 Clock::time_point expireTime; std::function<void()> action; bool operator<(const Task& other) const { return priority > other.priority; // 用于 sort：高优先级在前 }};

TaskScheduler 类:

class TaskScheduler {private: std::list<Task> tasks;public: void AddTask(const Task& task) { tasks.push_back(task); } void RemoveExpiredTasks() { auto now = Clock::now(); tasks.remove_if([&](const Task& task) { return now > task.expireTime; }); } void RunTopTask() { if (tasks.empty()) return; // 优先级排序（高优先级排前面） tasks.sort(); auto task = tasks.front(); tasks.pop_front(); std::cout << \"[Running] \" << task.name << std::endl; task.action(); } void RunAllTasks() { tasks.sort(); for (const auto& task : tasks) { std::cout << \"[Running] \" << task.name << std::endl; task.action(); } tasks.clear(); } void PrintTasks() const { std::cout << \"Scheduled Tasks:\\n\"; for (const auto& task : tasks) { std::cout << \" \" << task.name << \" (priority: \" << task.priority << \")\\n\"; } }};

使用示例

int main() { TaskScheduler scheduler; scheduler.AddTask({ \"TaskA\", 1, Clock::now() + std::chrono::seconds(10), [] { std::cout << \" -> Running TaskA\\n\"; } }); scheduler.AddTask({ \"TaskB\", 5, Clock::now() + std::chrono::seconds(5), [] { std::cout << \" -> Running TaskB\\n\"; } }); scheduler.AddTask({ \"TaskC\", 3, Clock::now() + std::chrono::seconds(1), [] { std::cout << \" -> Running TaskC\\n\"; } }); std::cout << \"All tasks:\\n\"; scheduler.PrintTasks(); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 模拟延时 scheduler.RemoveExpiredTasks(); std::cout << \"\\nTasks after removing expired:\\n\"; scheduler.PrintTasks(); std::cout << \"\\nExecuting tasks...\\n\"; scheduler.RunAllTasks();}

输出示例

All tasks:Scheduled Tasks: TaskA (priority: 1) TaskB (priority: 5) TaskC (priority: 3)Tasks after removing expired:Scheduled Tasks: TaskA (priority: 1) TaskB (priority: 5)Executing tasks...[Running] TaskB -> Running TaskB[Running] TaskA -> Running TaskA

优势

  • std::list 支持 任意位置插入/删除，无需重新分配内存。
  • 适合构建 实时任务队列、异步处理池、调度表系统。
  • 支持 splice() 快速合并多个任务队列，零开销。

小结

操作 时间复杂度 插入/删除（任意位置） O(1)（已知 iterator） 访问第 n 个元素 O(n) 遍历所有元素 O(n)
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