C++ STLのforward_list::swap()関数の使い方を徹底解説

本記事では、C++標準ライブラリにおけるforward_list::swap()関数の動作について詳しく解説します。2つのforward_listの内容を効率よく入れ替える方法を、構文・手順・サンプルコード・実行結果とともに見ていきましょう。

forward_list(フォワードリスト)とは?

forward_listは、シーケンス内の任意の位置に対して定数時間(O(1))での挿入・削除操作が可能なシーケンスコンテナです。内部的には単方向リンクリストとして実装されており、各要素が次の要素へのリンクを持つことで、シーケンスの順序が維持されます。

双方向の走査が必要ない場合、forward_listはstd::listよりもメモリ効率が良く、高速に動作するという特徴があります。

forward_list::swap()とは?

forward_list::swap()は、C++標準ライブラリに用意されている関数の一つで、同じデータ型の2つのforward_listの内容を入れ替える(スワップする)ために使用されます。要素を一つずつコピーするのではなく、内部のポインタ(リンク)を付け替えるだけなので、リストのサイズに関わらず非常に高速に処理できます。

構文

swap()には、メンバ関数として呼び出す方法と、非メンバ関数として呼び出す方法の2通りがあります。

// メンバ関数として呼び出す場合
forward_list1.swap(forward_list2)

または

// 非メンバ関数(std::swap)として呼び出す場合
swap(forward_list1, forward_list2)

どちらの形式でも結果は同じになります。

実行イメージ

出力 – 最初のリスト : 57 99 54 34 84
    2番目のリスト : 45 65 78 96 77
    スワップ操作後の出力は以下の通りです
    最初のリスト : 45 65 78 96 77
    2番目のリスト : 57 99 54 34 84

このように、swap()を実行すると2つのリストの内容が完全に入れ替わります。

処理の手順

• まず、2つのforward_listを初期化します。

• 初期化した2つのリストの内容を出力します。

• swap()関数を呼び出して、リスト同士の内容を入れ替えます。

• スワップ後のリストの内容を出力して確認します。

以上の手順に従うことで、2つのforward_listの内容を簡単に入れ替えることができます。

アルゴリズム

処理の流れは以下の通りです。

STEP 1 – 2つのforward_listを初期化し、内容を出力する
    最初のリスト: forward_list<int> list1 = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    for(auto x = list1.begin(); x != list1.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
    2番目のリスト: forward_list<int> list2 = { 40, 30, 20, 10, 50 };
    for(auto x = list2.begin(); x != list2.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
END

STEP 2 – swap関数を呼び出してスワップ操作を行う
    swap(list1, list2);
END

Stop

サンプルコード

// forward_list::swap() の動作を示すC++コード
#include <iostream>
#include <forward_list>
using namespace std;

int main() {
    // 2つのforward_listを初期化
    forward_list<int> list1 = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    cout << "List1の要素: ";
    for(auto x = list1.begin(); x != list1.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
    cout << endl;

    forward_list<int> list2 = { 40, 30, 20, 10, 50 };
    cout << "List2の要素: ";
    for(auto x = list2.begin(); x != list2.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
    cout << endl;

    // スワップ操作を行う関数の呼び出し
    swap(list1, list2);

    cout << "スワップ後のList1: ";
    for(auto x = list1.begin(); x != list1.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
    cout << endl;

    cout << "スワップ後のList2: ";
    for(auto x = list2.begin(); x != list2.end(); ++x)
        cout << *x << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}

出力結果

上記のコードを実行すると、以下のような出力が得られます。

出力 – List1の要素 : 10 20 30 40 50
    List2の要素 : 40 30 20 10 50
    スワップ後のList1 : 40 30 20 10 50
    スワップ後のList2 : 10 20 30 40 50

別の値でも試してみましょう。

出力 – List1の要素 : 23 56 78 49 11
    List2の要素 : 11 49 78 56 23
    スワップ後のList1 : 11 49 78 56 23
    スワップ後のList2 : 23 56 78 49 11

まとめ

forward_list::swap()を使えば、同じ型の2つのforward_listの内容を一瞬で入れ替えることができます。要素のコピーが発生しないためパフォーマンス面でも優れており、大量のデータを扱う場合にも安心して利用できます。ぜひ実際のコードで試してみてください。