list

[C++] std::listの使い方について詳しく解説

2025-04-15更新日: 2025-04-15

C++のstd::listは、双方向連結リストを実装したコンテナで、要素の挿入や削除が効率的に行えます。

ランダムアクセスはサポートされず、線形時間が必要です。

push_backやpush_frontで要素を追加し、pop_backやpop_frontで削除できます。

イテレータを使用して要素を操作し、insertやeraseで任意の位置に挿入・削除が可能です。

sortやmergeなどリスト特有の操作も提供されます。

目次から探す

std::listとは何か
- 特徴
std::listの基本操作
std::listの便利なメンバ関数
- メンバ関数一覧
std::listのイテレータ
- イテレータの種類
- イテレータの基本操作
std::listの応用例
まとめ

std::listとは何か

std::listは、C++の標準ライブラリに含まれるコンテナの一つで、双方向リストを実装しています。

双方向リストは、各要素が前後の要素へのポインタを持つため、要素の挿入や削除が効率的に行える特性があります。

特に、リストの先頭や末尾での操作が高速であり、要素の順序を保持しながら動的にサイズを変更することができます。

特徴

動的サイズ: 要素の追加や削除が容易で、サイズを動的に変更できます。
双方向アクセス: 各要素が前後の要素を参照できるため、前方・後方の両方にアクセス可能です。
効率的な挿入・削除: リストの任意の位置での挿入や削除がO(1)で行えますが、特定の位置を見つけるための検索はO(n)です。

以下は、std::listを使用して整数のリストを作成し、要素を追加するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {
    // 整数のリストを作成
    std::list<int> myList;
    // 要素を追加
    myList.push_back(10); // リストの末尾に10を追加
    myList.push_back(20); // リストの末尾に20を追加
    myList.push_front(5); // リストの先頭に5を追加
    // リストの要素を表示
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

5
10
20

このコードでは、std::listを使って整数のリストを作成し、要素を追加した後、リストの内容を表示しています。

リストの先頭に要素を追加するpush_frontと、末尾に要素を追加するpush_backを使用しています。

std::listの基本操作

std::listでは、要素の追加、削除、検索などの基本操作が簡単に行えます。

以下に、主要な基本操作を紹介します。

要素の追加

push_back: リストの末尾に要素を追加します。
push_front: リストの先頭に要素を追加します。
insert: 指定した位置に要素を挿入します。

要素の削除

pop_back: リストの末尾の要素を削除します。
pop_front: リストの先頭の要素を削除します。
remove: 指定した値を持つ要素を削除します。
erase: 指定した位置の要素を削除します。

要素のアクセス

front: リストの先頭の要素を取得します。
back: リストの末尾の要素を取得します。

以下は、std::listの基本操作を示すサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {
    // 整数のリストを作成
    std::list<int> myList;
    // 要素を追加
    myList.push_back(10); // 末尾に10を追加
    myList.push_back(20); // 末尾に20を追加
    myList.push_front(5); // 先頭に5を追加
    // 要素を表示
    std::cout << "リストの要素: ";
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << " "; // 各要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // 要素の削除
    myList.pop_front(); // 先頭の要素を削除
    myList.remove(20);  // 値20を持つ要素を削除
    // 削除後の要素を表示
    std::cout << "削除後のリストの要素: ";
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << " "; // 各要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // 先頭と末尾の要素を表示
    std::cout << "先頭の要素: " << myList.front() << std::endl;
    std::cout << "末尾の要素: " << myList.back() << std::endl;
    return 0;
}

リストの要素: 5 10 20 
削除後のリストの要素: 10 
先頭の要素: 10
末尾の要素: 10

このコードでは、std::listの基本操作を実演しています。

要素の追加、削除、先頭および末尾の要素の取得を行い、リストの状態を表示しています。

std::listの便利なメンバ関数

std::listには、リストの操作を簡単にするための便利なメンバ関数が多数用意されています。

以下に、特に役立つメンバ関数を紹介します。

メンバ関数一覧

メンバ関数	説明
`size()`	リストの要素数を返します。
`empty()`	リストが空かどうかを判定します。
`clear()`	リストの全要素を削除します。
`sort()`	リストの要素を昇順にソートします。
`reverse()`	リストの要素の順序を逆にします。
`unique()`	連続する重複要素を削除します。

以下は、std::listの便利なメンバ関数を使用したサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {
    // 整数のリストを作成
    std::list<int> myList = {5, 10, 10, 20, 5, 30};
    // リストの要素数を表示
    std::cout << "リストの要素数: " << myList.size() << std::endl;
    // リストが空かどうかを判定
    if (myList.empty()) {
        std::cout << "リストは空です。" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "リストは空ではありません。" << std::endl;
    }
    // リストの要素を表示
    std::cout << "リストの要素: ";
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << " "; // 各要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // リストの重複要素を削除
    myList.sort();    // ソート
    myList.unique();  // 重複を削除
    // 重複削除後の要素を表示
    std::cout << "重複削除後のリストの要素: ";
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << " "; // 各要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // リストの要素を逆順にする
    myList.reverse(); // 順序を逆にする
    // 逆順後の要素を表示
    std::cout << "逆順後のリストの要素: ";
    for (int value : myList) {
        std::cout << value << " "; // 各要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

リストの要素数: 6
リストは空ではありません。
リストの要素: 5 10 10 20 5 30 
重複削除後のリストの要素: 5 10 20 30 
逆順後のリストの要素: 30 20 10 5

このコードでは、std::listの便利なメンバ関数を使用して、リストの要素数の取得、空判定、重複要素の削除、順序の逆転を行っています。

これにより、リストの操作が簡単に行えることがわかります。

std::listのイテレータ

std::listでは、要素にアクセスするためのイテレータを使用することができます。

イテレータを使うことで、リストの要素を簡単に操作したり、ループ処理を行ったりすることができます。

以下に、std::listのイテレータの使い方を紹介します。

イテレータの種類

iterator: リストの要素を前方に進めることができるイテレータです。
const_iterator: リストの要素を読み取るためのイテレータで、要素の変更はできません。
reverse_iterator: リストの要素を逆順にアクセスするためのイテレータです。

イテレータの基本操作

begin(): リストの最初の要素を指すイテレータを返します。
end(): リストの最後の要素の次を指すイテレータを返します。
rbegin(): リストの最後の要素を指す逆イテレータを返します。
rend(): リストの最初の要素の前を指す逆イテレータを返します。

以下は、std::listのイテレータを使用してリストの要素を表示するサンプルコードです。

#include <iostream>
#include <list>
int main() {
    // 整数のリストを作成
    std::list<int> myList = {5, 10, 15, 20, 25};
    // 通常のイテレータを使用して要素を表示
    std::cout << "リストの要素 (通常のイテレータ): ";
    for (std::list<int>::iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // イテレータが指す要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // const_iteratorを使用して要素を表示
    std::cout << "リストの要素 (const_iterator): ";
    for (std::list<int>::const_iterator it = myList.cbegin(); it != myList.cend(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // イテレータが指す要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    // reverse_iteratorを使用して要素を逆順に表示
    std::cout << "リストの要素 (逆イテレータ): ";
    for (std::list<int>::reverse_iterator rit = myList.rbegin(); rit != myList.rend(); ++rit) {
        std::cout << *rit << " "; // イテレータが指す要素を出力
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

リストの要素 (通常のイテレータ): 5 10 15 20 25 
リストの要素 (const_iterator): 5 10 15 20 25 
リストの要素 (逆イテレータ): 25 20 15 10 5

このコードでは、std::listのイテレータを使用して、リストの要素を通常の順序、定数順序、逆順で表示しています。

イテレータを使うことで、リストの要素に対する操作が柔軟に行えることがわかります。

std::listの応用例

std::listは、特に要素の挿入や削除が頻繁に行われる場合に非常に便利なコンテナです。

以下に、std::listの具体的な応用例をいくつか紹介します。

1. タスク管理システム

タスクをリストとして管理する場合、タスクの追加や削除が頻繁に行われるため、std::listが適しています。

タスクをリストに追加したり、完了したタスクを削除したりする操作が効率的に行えます。

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
int main() {
    // タスクのリストを作成
    std::list<std::string> tasks;
    // タスクを追加
    tasks.push_back("メールの返信");
    tasks.push_back("会議の準備");
    tasks.push_back("レポートの作成");
    // タスクを表示
    std::cout << "現在のタスク:" << std::endl;
    for (const auto& task : tasks) {
        std::cout << "- " << task << std::endl;
    }
    // 完了したタスクを削除
    tasks.remove("会議の準備");
    // 更新後のタスクを表示
    std::cout << "更新後のタスク:" << std::endl;
    for (const auto& task : tasks) {
        std::cout << "- " << task << std::endl;
    }
    return 0;
}

現在のタスク:
- メールの返信
- 会議の準備
- レポートの作成
更新後のタスク:
- メールの返信
- レポートの作成

2. ブラウザの履歴管理

ブラウザの履歴を管理する際、std::listを使用して、訪問したページをリストとして保持することができます。

新しいページを追加したり、戻る操作で前のページを削除したりするのが簡単です。

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
int main() {
    // ブラウザの履歴を作成
    std::list<std::string> history;
    // ページを追加
    history.push_back("https://example.com/page1");
    history.push_back("https://example.com/page2");
    history.push_back("https://example.com/page3");
    // 履歴を表示
    std::cout << "ブラウザの履歴:" << std::endl;
    for (const auto& page : history) {
        std::cout << "- " << page << std::endl;
    }
    // 戻る操作で最後のページを削除
    history.pop_back();
    // 更新後の履歴を表示
    std::cout << "更新後の履歴:" << std::endl;
    for (const auto& page : history) {
        std::cout << "- " << page << std::endl;
    }
    return 0;
}

ブラウザの履歴:
- https://example.com/page1
- https://example.com/page2
- https://example.com/page3
更新後の履歴:
- https://example.com/page1
- https://example.com/page2

3. 音楽プレイリスト

音楽プレイリストを管理する場合、std::listを使用して曲を追加したり、再生が終わった曲を削除したりすることができます。

曲の順序を保持しながら、動的にプレイリストを変更できます。

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
int main() {
    // 音楽プレイリストを作成
    std::list<std::string> playlist;
    // 曲を追加
    playlist.push_back("Song A");
    playlist.push_back("Song B");
    playlist.push_back("Song C");
    // プレイリストを表示
    std::cout << "プレイリスト:" << std::endl;
    for (const auto& song : playlist) {
        std::cout << "- " << song << std::endl;
    }
    // 再生が終わった曲を削除
    playlist.pop_front(); // 最初の曲を削除
    // 更新後のプレイリストを表示
    std::cout << "更新後のプレイリスト:" << std::endl;
    for (const auto& song : playlist) {
        std::cout << "- " << song << std::endl;
    }
    return 0;
}

プレイリスト:
- Song A
- Song B
- Song C
更新後のプレイリスト:
- Song B
- Song C

これらの例から、std::listがどのように実用的なアプリケーションで活用できるかがわかります。

要素の追加や削除が頻繁に行われるシナリオにおいて、std::listは非常に効果的な選択肢です。

まとめ

この記事では、C++のstd::listについて、その基本的な使い方や便利なメンバ関数、イテレータの活用方法、さらには具体的な応用例を紹介しました。

std::listは、要素の挿入や削除が頻繁に行われるシナリオにおいて非常に効果的なコンテナであり、特にタスク管理やブラウザの履歴、音楽プレイリストなどの実用的なアプリケーションでの利用が考えられます。

これを機に、std::listを活用して、より効率的なプログラミングを実践してみてはいかがでしょうか。