C++中的正向列表和双向列表

什么是正向列表和双向列表

正向列表（forward list）和双向列表（double linked list）都是一种常见的数据结构，用来保存一系列元素。它们的主要区别在于元素之间的链接方式：正向列表的元素只能向后链接，而双向列表的元素不仅可以向后链接，还可以向前链接。

正向列表的元素结构非常简单，每个元素（节点）只需要包含一个指向下一个元素的指针即可：

template <typename T>
struct node {
    T data;
    node<T> *next;
};

双向列表的元素稍微复杂一些，因为每个元素既要包含一个指向下一个元素的指针，还要包含一个指向前一个元素的指针：

template <typename T>
struct node {
    T data;
    node<T> *prev;
    node<T> *next;
};

正向列表的使用

正向列表的操作都非常简单，常用的操作有：

插入元素

向列表中插入一个元素可以使用 push_front 或 insert 函数。push_front 函数向列表头部插入一个元素，而 insert 函数则在指定位置插入一个元素。

#include <forward_list>

std::forward_list<int> flist = {1, 2, 3};

// 在头部插入一个元素
flist.push_front(0);

// 在第二个位置插入一个元素
auto it = flist.begin(); ++it;
flist.insert_after(it, 9);

删除元素

从列表中删除一个元素可以使用 remove 函数。该函数会删除列表中所有符合条件的元素，可以利用 lambda 表达式指定条件。

std::forward_list<int> flist = {1, 2, 3, 1, 2, 3};

// 删除所有的 2
flist.remove_if([](int x) { return x == 2; });

遍历列表

遍历一个正向列表可以使用迭代器，迭代器的操作和普通指针类似：

std::forward_list<int> flist = {1, 2, 3};

// 遍历列表并打印每个元素
for (auto it = flist.begin(); it != flist.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

双向列表的使用

双向列表和正向列表用法类似，常用的操作有：

插入元素

向列表中插入一个元素可以使用 push_front 或 push_back 函数。push_front 函数向列表头部插入一个元素，而 push_back 函数则在列表尾部插入一个元素。另外，还可以使用 insert 函数在列表中指定位置插入元素。

#include <list>

std::list<int> list = {1, 2, 3};

// 在头部插入一个元素
list.push_front(0);

// 在尾部插入一个元素
list.push_back(4);

// 在第二个位置插入一个元素
auto it = list.begin(); ++it;
list.insert(it, 9);

删除元素

从列表中删除一个元素可以使用 remove 函数。该函数会删除列表中所有符合条件的元素，可以利用 lambda 表达式指定条件。

还可以使用 pop_front 和 pop_back 函数分别删除列表头和列表尾的元素。

std::list<int> list = {4, 3, 2, 1, 0};

// 删除所有的奇数
list.remove_if([](int x) { return x % 2 == 1; });

// 删除列表头尾的元素
list.pop_front();
list.pop_back();

遍历列表

遍历一个双向列表同样可以使用迭代器，和正向列表不同的是，双向列表的迭代器既可以向前移动，也可以向后移动。

std::list<int> list = {1, 2, 3};

// 遍历列表并打印每个元素
for (auto it = list.begin(); it != list.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}