C++容器forward_list

定义

std::forward_list<T,Allocator>::forward_list - cppreference.cn - C++参考手册

• 单向链表：每个元素（节点）包含数据和一个指向下一个节点的指针。没有指向前一个节点的指针
• 非连续存储：元素在内存中分散存放，通过指针链接
• 高效修改：在已知位置后插入或删除元素的时间复杂度为 O(1)
• 前向迭代：只能从头到尾单向遍历，不支持反向迭代器（如 rbegin(), rend()）
• 无 size() 成员函数：为了最小化开销，forward_list 没有存储大小信息的成员，size() 操作需要遍历整个链表，时间复杂度为 O(n)
• 稳定迭代器：与 list 类似，插入操作不会使其他元素的迭代器、指针或引用失效（被删除元素的迭代器除外

构造函数

1、默认构造函数

int main()
{system("chcp 65001");	forward_list<std::u8string> list1;cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
}

2、指定元素个数构造函数

std::string getStringFromU8string(const std::u8string& u8str) {return std::string(reinterpret_cast<const char*>(u8str.data()), u8str.size());
}std::u8string getU8stingFromString(const std::string& str) {return std::u8string(reinterpret_cast<const char8_t*>(str.data()), str.size());
}int main()
{system("chcp 65001");	forward_list<std::u8string> list1(3);cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

3、指定元素个数与默认值构造函数

int main()
{system("chcp 65001");	forward_list<std::u8string> list1(3, u8"&&");cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

4、拷贝构造函数

int main()
{system("chcp 65001");	forward_list<std::u8string> list1(3, u8"&&");// 拷贝构造函数forward_list<std::u8string> list2(list1);cout << "list2.empty()= " << boolalpha << list2.empty() << endl;cout << "list2.max_size()= " << list2.max_size() << endl;for (auto it : list2){cout << "list2-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

5、移动构造函数

int main()
{system("chcp 65001");	forward_list<std::u8string> list1(3, u8"&&");// 移动构造函数forward_list<std::u8string> list2(std::move(list1));cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;cout << "list2.empty()= " << boolalpha << list2.empty() << endl;cout << "list2.max_size()= " << list2.max_size() << endl;for (auto it : list2){cout << "list2-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

6、范围构造函数

int main()
{system("chcp 65001");std::array<std::u8string, 4> arr1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };// 范围构造函数forward_list<std::u8string> list1(arr1.rbegin(), arr1.rend());cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

7、指定列表构造函数

int main()
{system("chcp 65001");// 指定列表构造函数forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };forward_list<std::u8string> list2{ u8"张三", u8"李四" };cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

元素访问

函数	描述
front()	返回第一个元素的引用。

int main()
{system("chcp 65001");forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.front()= " << (list1.empty() ? "" : getStringFromU8string(list1.front())) << endl;
}

迭代器

begin-end与cbegin-cend

int main()
{system("chcp 65001");forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}for (auto it = list1.begin(); it != list1.end(); it++){cout << "begin-end, list1-> " << getStringFromU8string(*it) << endl;}for (auto it = list1.cbegin(); it != list1.cend(); it++){cout << "cbegin-cend, list1-> " << getStringFromU8string(*it) << endl;}// 返回一个指向第一个元素之前的迭代器list1.insert_after(list1.before_begin(), u8"测试");for (auto it : list1){cout << "insert_after-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

容量大小

函数	描述
empty()	如果 forward_list 为空，返回 true
max_size()	返回容器可容纳的最大元素数量

int main()
{system("chcp 65001");forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };cout << "list1.empty()= " << boolalpha << list1.empty() << endl;cout << "list1.max_size()= " << list1.max_size() << endl;
}

修改操作

函数	描述
push_front(value)	在开头插入一个元素
pop_front()	删除第一个元素
emplace_front(args...)	在开头就地构造一个元素（不用复制）
emplace_after(pos, args...)	在位置 pos 之后就地构造一个元素（不用复制）
insert_after(pos, value)	在位置 pos 之后插入一个元素
insert_after(pos, n, value)	在位置 pos 之后插入 n 个 value
insert_after(pos, first, last)	在位置 pos 之后插入范围 [first, last) 的元素
erase_after(pos)	删除位置 pos 之后的元素
erase_after(first, last)	删除范围 (first, last) 的元素（即 first 之后到 last 之前）
clear()	删除所有元素。
resize(n)	调整大小到 n。如果变大，新元素用默认值初始化
swap(other)	与另一个 forward_list 交换内容

int main()
{system("chcp 65001");forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };// 头部添加元素list1.push_front(u8"测试");// 头部元素删除list1.pop_front();// 添加元素list1.emplace_front(u8"测试");list1.emplace_after(list1.before_begin(), u8"哈哈");list1.insert_after(list1.before_begin(), u8"insert数据");// 插入范围数据
std:array<std::u8string, 2> arr1 = { u8"张三",u8"李四" };list1.insert_after(list1.begin(), arr1.begin(), arr1.end());for (auto it : list1){cout << "insert_after-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}// 删除数据list1.erase_after(list1.begin(), list1.end());for (auto it : list1){cout << "erase_after-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}list1.clear();
}

单向链表操作

函数	描述
before_begin()	返回一个指向第一个元素之前的迭代器。这是 forward_list 的关键特性，用于在链表头部或任意位置后进行操作
splice_after(pos, other, it)	将 other 中 it 指向的元素的下一个元素移动到 fl 的 pos 之后。O(1)
splice_after(pos, other, first, last)	将 other 中 (first, last) 范围的元素移动到 fl 的 pos 之后。O(1)
remove(value)	删除所有值为 value 的元素
remove_if(pred)	删除所有满足谓词 pred 的元素
unique()	删除连续的重复元素（只保留一个）
unique(pred)	使用自定义比较函数删除连续的重复元素
sort()	对元素进行排序（默认升序）
sort(comp)	使用自定义比较函数排序
reverse()	反转 forward_list 中元素的顺序
merge(other)	将已排序的 other 合并到 fl 中，并保持有序。other 变为空

int main()
{system("chcp 65001");forward_list<std::u8string> list1 = { u8"北京", u8"上海", u8"广州", u8"深圳" };// 添加元素list1.emplace_front(u8"测试");list1.emplace_after(list1.before_begin(), u8"哈哈");// 移除数据list1.remove(u8"哈哈");list1.remove_if([](std::u8string it) {return it == u8"测试";});for (auto it : list1){cout << "list1-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}// 排序list1.sort();for (auto it : list1){cout << "sort-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}// 转置list1.reverse();for (auto it : list1){cout << "reverse-> " << getStringFromU8string(it) << endl;}
}

其他

特性	std::forward_list	std::list	std::vector
任意位置插入/删除	O(1) (已知位置后)	O(1) (已知位置)	O(n)
头部插入/删除	O(1)	O(1)	O(n)
尾部插入/删除	O(n)	O(1)	O(1) 均摊
随机访问	不支持	不支持	O(1)
反向遍历	不支持	支持	支持
内存布局	非连续 (单向链表)	非连续 (双向链表)	连续
内存开销	最低 (每个节点一个指针)	高 (每个节点两个指针)	低
size() 复杂度	O(n)	O(1)	O(1)
迭代器失效	仅被删除元素的迭代器失效	仅被删除元素的迭代器失效	插入/删除可能导致大量失效
splice 操作	O(1)	O(1)	不支持