【C++】-List经典面试笔试题总结-删除-插入-情况-合并-排序等经典操作

server/2024/10/18 18:25:47/

在C++中，list 容器是标准模板库（STL）中的一种双向链表容器。以下是一些关于 list 的经典笔试面试题及解答：

list__1">1. list 容器的主要特点是什么？

解答：
list 容器的主要特点包括：

  • 它是一个双向链表结构，每个元素都有两个指针，分别指向前一个和后一个元素。
  • 插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，因为这些操作只需要改变指针。
  • 不支持随机访问，访问元素需要从头开始遍历，时间复杂度为 O(n)。
  • 元素在 list 中保持插入顺序。

list__8">2. list 容器有哪些常用的成员函数？

解答：
list 容器的常用成员函数包括：

  • push_front()：在列表前端插入元素。
  • push_back()：在列表后端插入元素。
  • pop_front()：删除列表前端元素。
  • pop_back()：删除列表后端元素。
  • insert()：在指定位置插入元素。
  • erase()：删除指定位置的元素。
  • remove()：删除所有匹配特定条件的元素。
  • reverse()：反转列表中元素的顺序。
  • sort()：对列表中的元素进行排序。
  • clear()：清除列表中的所有元素。
  • empty()：检查列表是否为空。
  • size()：获取列表中元素的数量。

list__23">3. 如何反转一个 list 容器中的元素顺序？

解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，可以使用 reverse() 成员函数：

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.reverse();// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1return 0;
}

或者，也可以使用 std::rotate() 函数或 std::reverse_iterator 来反转。

list__38">4. list 容器能否进行随机访问？为什么？

解答：
list 容器不能进行随机访问。在 list 中，元素不是连续存储的，因此没有固定的索引。要访问 list 中的元素，必须从头节点开始遍历，这样的访问方式时间复杂度为 O(n)，这与数组或向量等容器不同，它们可以随机访问元素，时间复杂度为 O(1)。

list__41">5. 在 list 容器中删除元素时，有哪些情况需要注意？

解答：
在 list 容器中删除元素时，需要注意以下几点：

  • 如果删除的是列表的第一个元素，需要处理特殊情况，比如使用 pop_front() 函数。
  • 如果删除的是最后一个元素，需要使用 pop_back() 函数。
  • 如果删除的是列表中间的元素，那么需要更新前一个元素和后一个元素的指针，以保持链表的连续性。
  • 当删除一个元素后，若该元素是列表中唯一的元素，那么需要特别注意列表的 empty() 和 size() 函数的返回值。

list__48">6. 如何清空一个 list 容器？

解答：
清空 list 容器有多种方式：

  • 使用 clear() 成员函数：
    myList.clear();
  • 也可以遍历列表并逐个删除元素：
    for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {myList.erase(it);
}

list__62">7. list 容器中插入元素时，如果指定的位置已经存在元素，应该如何处理？

解答：
在 list 容器中插入元素时，如果指定的位置已经存在元素，新插入的元素会覆盖原来位置上的元素。例如：

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.insert(myList.begin() + 2, 100); // 在位置2插入元素100// myList 变为 1, 2, 100, 3, 4, 5return 0;
}

list__75">8. list 容器有哪些缺点？

解答：
list 容器的主要缺点包括：

  • 不支持快速随机访问，访问元素需要从头开始遍历。
  • 插入和删除操作虽然快，但是不能在中间位置插入或删除，只能在一端操作。
  • 不能直接通过下标访问或修改元素，需要使用迭代器。
  • 相对于其他STL容器如 vector 和 map，list 的使用场景较为有限。

list__82">9. 如何在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素，以保持排序？

解答：
要在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素以保持排序，可以使用 insert() 函数和 std::list::sort() 函数。首先，使用 insert() 函数在适当的位置插入新元素，然后调用 sort() 函数重新排序列表：

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
int main() {std::list<int> myList{1, 3, 5, 7, 9};myList.insert(myList.begin() + 2, 4); // 在位置2插入元素4myList.sort(); // 排序，现在 myList 为 1, 3, 4, 5, 7, 9return 0;
}

list__vector__96">10. list 容器与 vector 容器的主要区别是什么？

解答：
list 容器与 vector 容器的主要区别包括：

  • list 是双向链表，而 vector 是连续存储的数组。
  • list 不支持随机访问，而 vector 支持随机访问。
  • list 的插入和删除操作在一般情况下更高效（O(1)），但在某些情况下（如在中间位置插入或删除）效率较低。
  • vector 的内存分配方式使得其在动态扩展时相对高效，而 list 的元素需要单独的节点内存。

list__104">11. 在 list 容器中，如何快速找到指定元素的下一个元素？

解答：
在 list 容器中，要快速找到指定元素的下一个元素，可以使用迭代器。首先，通过迭代器找到要查找的元素，然后使用 std::next 函数或箭头操作符 -> 获取下一个元素的迭代器。例如：

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};std::list<int>::iterator it = myList.begin();it++; // 指向第二个元素it++; // 指向第三个元素// 现在 it 指向第三个元素return 0;
}

list__119">12. list 容器中删除元素时，如何避免删除错误的元素？

解答：
在 list 容器中删除元素时，要避免删除错误的元素，可以先找到要删除的元素，然后使用 erase() 函数删除。例如：

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};std::list<int>::iterator it = myList.begin();it++; // 指向第二个元素myList.erase(it); // 删除第二个元素// 现在 myList 为 1, 3, 4, 5return 0;
}

list__134">13. 如何在一个 list 容器中删除所有值为特定值的元素？

解答：
要在一个 list 容器中删除所有值为特定值的元素，可以使用 remove_if() 函数。例如：

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5, 3};myList.remove_if([](int x) { return x == 3; });// 现在 myList 为 1, 2, 4, 5return 0;
}

list__148">14. 如何反转 list 容器中的元素顺序，不使用库函数？

解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，不使用库函数，可以使用迭代器手动交换每对相邻元素的位置。

#include <iostream>
#include <list>
void reverseList(std::list<int>& myList) {std::list<int>::iterator it1 = myList.begin();std::list<int>::iterator it2 = myList.end();while (it1 != it2) {std::iter_swap(it1, --it2);++it1;}
}
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};reverseList(myList);// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1return 0;
}

list__169">15. 在 list 容器中，如何删除所有重复的元素？

解答：
在 list 容器中删除所有重复的元素，可以使用 std::unique() 函数和 std::sort() 函数。首先使用 std::sort() 函数排序列表，然后使用 std::unique() 函数删除重复的元素。

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 4, 5, 5};myList.sort();myList.unique();// 现在 myList 的顺序是 1, 2, 3, 4, 5return 0;
}

list__184">16. 如何合并两个 list 容器？

解答：
合并两个 list 容器，可以使用 std::merge() 函数。首先将两个列表排序，然后使用 std::merge() 函数将它们合并。

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
int main() {std::list<int> list1{1, 3, 5};std::list<int> list2{2, 4, 6};list1.sort();list2.sort();std::list<int> mergedList(std::merge(list1, list2));// 现在 mergedList 的顺序是 1, 2, 3, 4, 5, 6return 0;
}

list__201">17. 如何清空一个 list 容器，同时保持其迭代器有效性？

解答：
要清空一个 list 容器，同时保持其迭代器有效性，可以使用 clear() 函数。这会删除所有元素，但不会改变容器的大小，因此迭代器仍然有效。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.clear();// myList 现在是空的，但迭代器仍然有效return 0;
}

list__214">18. 如何反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性？

解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性，可以使用 reverse() 函数。这会交换每对相邻元素的位置，但不会改变迭代器的有效性。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.reverse();// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1，迭代器仍然有效return 0;
}

list__227">19. 在 list 容器中，如何插入元素到特定位置？

解答：
在 list 容器中，你可以使用 insert() 函数来插入元素到特定位置。这个函数接受两个参数：第一个参数是一个迭代器，表示你想要插入元素的位置；第二个参数是要插入的元素。如果插入位置已经存在元素，新元素将会覆盖那个位置上的元素。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.insert(myList.begin(), 0); // 在列表开始处插入元素0myList.insert(++myList.begin(), 200); // 在第二个元素之前插入元素200myList.insert(myList.end(), 6); // 在列表末尾插入元素6// 现在 myList 的顺序是 1, 2, 200, 3, 4, 5, 6return 0;
}

list__using__242">20. 在 list 容器中，如何删除元素 using 迭代器？

解答：
在 list 容器中，你可以使用 erase() 函数来删除元素。这个函数接受一个迭代器，表示你想要删除的元素的位置。删除操作之后，迭代器将指向下一个有效的元素。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};std::list<int>::iterator it = myList.begin();it++; // 指向第二个元素myList.erase(it); // 删除第二个元素// 现在 myList 的顺序是 1, 3, 4, 5return 0;
}

list__257">21. 如何在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素，同时保持排序？

解答：
要在一个已排序的 list 容器中插入一个新元素同时保持排序，可以使用 emplace() 函数。这个函数直接在指定的位置创建并插入元素，避免了复制或移动元素，因此在插入大量元素时更为高效。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 3, 5, 7, 9};myList.emplace(myList.begin() + 2, 4); // 在第三个元素的位置插入元素4// 现在 myList 的顺序是 1, 3, 4, 5, 7, 9return 0;
}

list__using__270">22. 如何遍历 list 容器 using 迭代器？

解答：
遍历 list 容器 using 迭代器非常直接。你可以使用标准迭代器来逐个访问容器中的元素。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};for (std::list<int>::iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}// 输出： 1 2 3 4 5return 0;
}

list__285">23. 如何反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性？

解答：
要反转 list 容器中的元素顺序，同时保持其迭代器有效性，可以使用 reverse() 函数。这个函数会修改容器中的元素顺序，但不会影响迭代器的有效性。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};myList.reverse();// 现在 myList 的顺序是 5, 4, 3, 2, 1，迭代器仍然有效return 0;
}

list__298">24. list 容器如何进行插入操作？

解答：
在 list 容器中插入元素有多种方式：

  1. 在容器开始处插入：insert(const T& elem)，insert(const T& elem, const T& hint)
  2. 在指定位置插入：insert(const_iterator position, const T& elem)
  3. 插入多个元素：insert(const_iterator position, const T* first, const T* last)
  4. 插入范围：insert(const_iterator position, InputIt first, InputIt last)
    例如，要在列表的开始处插入一个元素，可以使用 insert(begin(), elem)。要在特定位置插入元素，可以使用 insert(position, elem)，其中 position 是一个指向列表中当前位置的迭代器。

list__306">25. list 容器如何进行删除操作？

解答：
在 list 容器中删除元素也有多种方式：

  1. 删除指定元素：erase(const_iterator position)
  2. 删除指定元素（通过值）：erase(const T& elem)
  3. 删除范围：erase(const_iterator first, const_iterator last)
    例如，要删除一个特定位置的元素，可以使用 erase(position)，其中 position 是一个指向要删除元素的迭代器。要删除所有值为特定值的元素，可以使用 remove(elem) 或 remove_if(pred)，其中 pred 是一个符合 std::remove_if_t 或 std::predicate 类型的函数对象或函数指针。

list__313">26. list 容器如何进行排序操作？

解答：
list 容器不保证元素的自然顺序，但你可以使用 sort() 函数对其进行排序。要排序 list，可以使用 sort(comp)，其中 comp 是一个符合 std::less 或 std::greater 类型的比较函数。

#include <algorithm>
#include <list>
int main() {std::list<int> myList{3, 1, 4, 1, 5, 9};myList.sort(); // 使用默认比较器// 现在 myList 的顺序是 1, 1, 3, 4, 5, 9return 0;
}

list__326">27. list 容器如何进行合并操作？

解答：
要合并两个 list 容器，可以使用 merge() 函数。这个函数将一个列表中的元素合并到另一个已排序的列表中。

#include <algorithm>
#include <list>
int main() {std::list<int> list1{1, 3, 5};std::list<int> list2{2, 4, 6};list1.sort();list2.sort();list1.merge(list2);// 现在 list1 的顺序是 1, 2, 3, 4, 5, 6return 0;
}

list__342">28. list 容器如何进行旋转操作？

解答：
在 list 容器中，旋转操作可以将列表中的元素围绕一个指定的元素进行旋转。这可以通过交换元素来实现，但需要注意的是，旋转操作不一定会保持列表的排序。

#include <list>
void rotateList(std::list<int>& myList, int pos) {if (pos <= 0) return;auto it = myList.begin();std::advance(it, pos);myList.splice(myList.begin(), myList, it);
}
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};rotateList(myList, 2); // 将列表旋转2个位置// 现在 myList 的顺序是 4, 5, 1, 2, 3return 0;
}

list__360">29. list 容器如何进行拆分操作？

解答：
在 list 容器中，拆分操作通常指的是将一个列表分割成两个或多个列表。这可以通过使用 split() 函数来实现，该函数接受一个迭代器作为分隔点，并将列表拆分为两部分。

#include <algorithm>
#include <list>
void splitList(std::list<int>& myList, const std::list<int>::const_iterator& pos) {auto second_half = std::make_unique<std::list<int>>(myList.begin(), pos);myList.erase(myList.begin(), pos);myList.splice(myList.end(), *second_half);
}
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};auto it = myList.begin();std::advance(it, 2); // 选择第三个元素作为分隔点splitList(myList, it);// 现在 myList 包含前两个元素：1, 2// second_half 包含后三个元素：3, 4, 5return 0;
}

list__vector__381">30. list 容器与 vector 容器的主要区别是什么？

解答：
list 容器和 vector 容器都是顺序容器，但它们在实现和性能上有一些关键区别：

  1. 内存分配：vector 使用连续的内存块，这使得访问元素非常快，只需常数时间 O(1)。而 list 使用双向链表结构，每个元素都需要额外的空间来存储到下一个和前一个元素的链接，这影响了元素的访问速度，访问通常需要线性时间 O(n)。
  2. 插入和删除：在 vector 中插入或删除元素可能会导致内存重新分配，这需要移动大量元素，因此时间复杂度为 O(n)。在 list 中，插入和删除元素只需要改变链接，这可以在常数时间内完成。
  3. 大小和容量：vector 的大小和容量是动态变化的，它会根据需要自动增长。而 list 的大小是固定的，但它可以无限增长，因为链表的元素可以在内存中的任意位置。
  4. 迭代器：vector 的迭代器是随机访问迭代器，可以快速访问容器中的任意元素。list 的迭代器是双向迭代器，可以向前和向后遍历，但不能随机访问。

list__388">31. 在使用 list 容器时，如何避免无限循环的问题？

解答：
在使用 list 容器时，避免无限循环的关键是确保不要创建循环引用。在 list 中，每个元素都包含两个指针，分别指向前一个元素和后一个元素。如果删除操作没有正确更新这些指针，就可能导致元素之间的链接没有被正确断开，从而形成循环。
为了避免无限循环，应该总是在删除元素之前删除指向它的所有引用，并且在删除元素时总是从链表的头部开始。此外，使用 erase() 函数时，确保不要删除最后一个元素后立即访问下一个元素，因为这时下一个元素的指针可能仍然指向已被删除的元素。
例如，下面的代码可能会导致无限循环，因为它尝试访问已被删除元素的下一个元素：

#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};auto it = myList.begin();while (it != myList.end()) {it = myList.erase(it); // 删除当前元素并返回下一个元素}// 在这里尝试访问 it 可能会导致无限循环，因为 myList 已经为空return 0;
}

正确的做法是在循环中直接使用 erase() 函数的返回值来更新迭代器：

#include <list>
int main() {std::list<int> myList{1, 2, 3, 4, 5};while (!myList.empty()) {myList.erase(myList.begin()); // 删除并返回第一个元素}// myList 现在为空，没有无限循环的风险return 0;
}

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