forward_list

[C++] forward_listに要素を追加する方法

2025-01-18更新日: 2025-01-18

forward_listは、C++の標準ライブラリに含まれる単方向リストで、メモリ効率が高く、要素の挿入や削除が高速です。

要素を追加するには、push_frontメソッドを使用してリストの先頭に要素を追加します。

また、insert_afterメソッドを使用すると、指定した位置の次に要素を挿入できます。

これにより、forward_listは効率的に要素を管理し、特に先頭への追加操作が頻繁な場合に適しています。

目次から探す

forward_listに要素を追加する方法
forward_listの要素操作
- 要素の削除方法
- 要素の検索とアクセス
forward_listの応用例
まとめ

forward_listに要素を追加する方法

forward_listはC++の標準ライブラリに含まれる単方向リストで、メモリ効率が良く、特に先頭への要素追加が得意です。

ここでは、forward_listに要素を追加する方法を詳しく解説します。

push_frontを使った要素の追加

push_frontは、リストの先頭に要素を追加するためのメソッドです。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers;
    // リストの先頭に要素を追加
    numbers.push_front(10);
    numbers.push_front(20);
    numbers.push_front(30);
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

30 20 10

このコードでは、push_frontを使ってリストの先頭に順に30, 20, 10を追加しています。

forward_listは単方向リストなので、要素は追加された順とは逆に表示されます。

emplace_frontを使った要素の追加

emplace_frontは、push_frontと似ていますが、オブジェクトを直接構築するため、効率的です。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
#include <string>
int main() {
    std::forward_list<std::string> words;
    // リストの先頭に要素を直接構築して追加
    words.emplace_front("World");
    words.emplace_front("Hello");
    // リストの内容を表示
    for (const std::string& word : words) {
        std::cout << word << " ";
    }
    return 0;
}

Hello World

このコードでは、emplace_frontを使って文字列を直接構築し、リストの先頭に追加しています。

insert_afterを使った要素の追加

insert_afterは、指定した位置の次に要素を追加するメソッドです。

以下に、単一要素、複数要素、イテレータを使った追加方法を示します。

単一要素の追加

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30};
    auto it = numbers.begin();
    // 10の後に15を追加
    numbers.insert_after(it, 15);
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

10 15 20 30

このコードでは、insert_afterを使って、最初の要素10の後に15を追加しています。

複数要素の追加

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30};
    auto it = numbers.begin();
    // 10の後に複数の要素を追加
    numbers.insert_after(it, {11, 12, 13});
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

10 11 12 13 20 30

このコードでは、insert_afterを使って、10の後に11, 12, 13を追加しています。

イテレータを使った追加

#include <iostream>
#include <forward_list>
#include <vector>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30};
    std::vector<int> more_numbers = {40, 50, 60};
    auto it = numbers.begin();
    // 10の後にベクターの要素を追加
    numbers.insert_after(it, more_numbers.begin(), more_numbers.end());
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

10 40 50 60 20 30

このコードでは、insert_afterを使って、10の後にベクターmore_numbersの要素を追加しています。

イテレータを使うことで、他のコンテナから要素を追加することができます。

forward_listの要素操作

forward_listは、要素の追加だけでなく、削除や検索、アクセスも効率的に行うことができます。

ここでは、forward_listの要素操作について詳しく解説します。

要素の削除方法

要素の削除は、リストの管理において重要な操作です。

forward_listでは、主にpop_frontとerase_afterを使って要素を削除します。

pop_frontによる削除

pop_frontは、リストの先頭要素を削除するメソッドです。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30};
    // 先頭要素を削除
    numbers.pop_front();
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

20 30

このコードでは、pop_frontを使ってリストの先頭要素10を削除しています。

erase_afterによる削除

erase_afterは、指定した位置の次の要素を削除するメソッドです。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30, 40};
    auto it = numbers.begin();
    // 10の次の要素を削除
    numbers.erase_after(it);
    // リストの内容を表示
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << " ";
    }
    return 0;
}

10 30 40

このコードでは、erase_afterを使って、10の次の要素20を削除しています。

要素の検索とアクセス

forward_listでは、要素の検索やアクセスも重要な操作です。

ここでは、find関数とイテレータを使ったアクセス方法を紹介します。

find関数の利用

find関数は、指定した値を持つ要素を検索するために使用されます。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
#include <algorithm>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30, 40};
    // 30を検索
    auto it = std::find(numbers.begin(), numbers.end(), 30);
    if (it != numbers.end()) {
        std::cout << "Found: " << *it << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Not found" << std::endl;
    }
    return 0;
}

Found: 30

このコードでは、find関数を使ってリスト内の30を検索し、見つかった場合はその値を表示しています。

イテレータを使ったアクセス

イテレータを使うことで、forward_listの要素にアクセスすることができます。

以下にサンプルコードを示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> numbers = {10, 20, 30, 40};
    auto it = numbers.begin();
    // イテレータを使って要素にアクセス
    std::advance(it, 2); // 2つ進める
    std::cout << "Element at position 2: " << *it << std::endl;
    return 0;
}

Element at position 2: 30

このコードでは、イテレータを使ってリストの2番目の要素にアクセスし、その値を表示しています。

std::advanceを使うことで、イテレータを任意の位置に進めることができます。

forward_listの応用例

forward_listは、そのシンプルな構造とメモリ効率の良さから、さまざまな場面で応用することができます。

ここでは、forward_listを使ったいくつかの応用例を紹介します。

単方向リストの実装

forward_listは、単方向リストの基本的なデータ構造を提供します。

以下に、forward_listを使って単方向リストを実装する例を示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> single_list = {1, 2, 3, 4, 5};
    // リストの内容を表示
    for (int value : single_list) {
        std::cout << value << " ";
    }
    return 0;
}

1 2 3 4 5

このコードでは、forward_listを使って単方向リストを作成し、その内容を表示しています。

forward_listは、要素の追加や削除が効率的に行えるため、単方向リストの実装に適しています。

メモリ効率を考慮したデータ管理

forward_listは、メモリ効率を重視したデータ管理に適しています。

特に、メモリ使用量を最小限に抑えたい場合に有効です。

#include <iostream>
#include <forward_list>
int main() {
    std::forward_list<int> efficient_list;
    for (int i = 0; i < 100; ++i) {
        efficient_list.push_front(i);
    }
    // リストの内容を表示
    for (int value : efficient_list) {
        std::cout << value << " ";
    }
    return 0;
}

99 98 97 ... 2 1 0

このコードでは、forward_listを使って100個の整数を管理しています。

forward_listは、他のコンテナと比べてメモリ使用量が少ないため、大量のデータを効率的に管理できます。

シンプルなキューの実装

forward_listを使って、シンプルなキューを実装することも可能です。

以下にその例を示します。

#include <iostream>
#include <forward_list>
class SimpleQueue {
private:
    std::forward_list<int> queue;
public:
    void enqueue(int value) {
        queue.push_front(value);
    }
    void dequeue() {
        if (!queue.empty()) {
            queue.pop_front();
        }
    }
    int front() const {
        return queue.front();
    }
    bool isEmpty() const {
        return queue.empty();
    }
};
int main() {
    SimpleQueue q;
    q.enqueue(10);
    q.enqueue(20);
    q.enqueue(30);
    while (!q.isEmpty()) {
        std::cout << q.front() << " ";
        q.dequeue();
    }
    return 0;
}