单向链表和C++ std::forward_list详解

艰默

发布于 2023-09-05 18:45:12

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1. 单向链表和forward_list

上一章我们介绍了双向链表和C++容器库中提供的std::list容器，与之对应的就是单向链表，顾名思义，单向链表只记录下一个元素的位置，只能朝一个方向遍历元素。C++11从开始提供了std::forward_list（前向列表）来实现单向链表。std::forward_list在插入、删除和移动操作（例如排序）中比其他容器更有用，并且允许时间常数内插入和删除元素。

std::forward_list与std::list不同的是：std::forward_list仅跟踪下一个元素的位置，而std::list同时跟踪下一个和上一个元素，从而增加了存储每个元素所需的存储空间。std::forward_list的缺点是它不能向后迭代，也不能直接访问其各个元素。

2. forward_list的用法

2.1 forward_list的定义和声明

std::forward_list在头文件<forward_list>中定义，其声明如下：

template<
    class T,
    class Allocator = std::allocator<T>
> class forward_list; //C++11 起

namespace pmr {
    template <class T>
    using forward_list = std::forward_list<T, std::pmr::polymorphic_allocator<T>>; //C++17 起
}

其中，参数T为容器要存储的元素类型，对于T需要满足：

要求元素类型是完整类型并满足可擦除。（C++17 前）。
要求元素类型是完整类型并满足可擦除，但许多成员函数附带了更严格的要求。（C++17 起）。

Allocator为用于获取/释放内存及构造/析构内存中元素的分配器。

2.2 成员函数

2.2.1 基本函数

构造函数

功能描述

创建forward_list容器。

函数原型

//默认构造函数。构造拥有默认构造的分配器的空容器。
forward_list();

//构造拥有给定分配器 alloc 的空容器。
explicit forward_list( const Allocator& alloc );

//构造拥有 count 个有值 value 的元素的容器。
forward_list( size_type count,
              const T& value,
              const Allocator& alloc = Allocator()); //C++11 起

//构造拥有 count 个 默认插入的 T 实例的容器。不进行复制。
explicit forward_list( size_type count ); //C++11 起, C++14 前
explicit forward_list( size_type count, const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++14 起

//构造拥有范围 [first, last) 内容的容器。
template< class InputIt >
forward_list( InputIt first, InputIt last,
              const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++11 起

//复制构造函数。构造拥有 other 内容的容器。
forward_list( const forward_list& other ); //C++11 起

//构造拥有 other 内容的容器，以 alloc 为分配器。
forward_list( const forward_list& other, const Allocator& alloc ); //C++11 起

//移动构造函数。用移动语义构造拥有 other 内容的容器。分配器通过属于 other 的分配器移动构造获得。
forward_list( forward_list&& other ); //C++11 起

//有分配器扩展的移动构造函数。以 alloc 为新容器的分配器，从 other 移动内容；如果 alloc != other.get_allocator() ，那么它会导致逐元素移动。
forward_list( forward_list&& other, const Allocator& alloc ); //C++11 起

//构造拥有初始化器列表 init 内容的容器。
forward_list( std::initializer_list<T> init,
              const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++11 起

//构造拥有范围 rg 内容的容器。
template< container-compatible-range<T> R >
forward_list( std::from_range_t, R&& rg,
              const Allocator& alloc = Allocator() ); //C++23 起

示例

// C++11 初始化器列表语法：
std::forward_list<std::string> words1 {"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"};
std::cout << "words1: " << words1 << '\n';

// words2 == words1
std::forward_list<std::string> words2(words1.begin(), words1.end());
std::cout << "words2: " << words2 << '\n';

// words3 == words1
std::forward_list<std::string> words3(words1);
std::cout << "words3: " << words3 << '\n';

// words4 是 {"Mo", "Mo", "Mo", "Mo", "Mo"}
std::forward_list<std::string> words4(5, "Mo");
std::cout << "words4: " << words4 << '\n';

/**************打印结果******************
words1: [the, frogurt, is, also, cursed]
words2: [the, frogurt, is, also, cursed]
words3: [the, frogurt, is, also, cursed]
words4: [Mo, Mo, Mo, Mo, Mo]
***************************************/

析构函数

功能描述

销毁 forward_list 。调用元素的析构函数，然后解分配所用的存储。注意，若元素是指针，则不销毁所指向的对象。

函数原型

~forward_list(); //C++11 起

operator=

功能描述

用于赋值给容器。

函数原型

//复制赋值运算符。以 other 的副本替换内容。
forward_list& operator=( const forward_list& other ); //C++11 起

//移动赋值运算符。用移动语义以 other 的内容替换内容
//即从 other 移动 other 中的数据到此容器中。
//之后 other 在合法但未指定的状态。
forward_list& operator=( forward_list&& other ); //C++11 起, C++17 前
forward_list& operator=( forward_list&& other ) noexcept(); //C++17 起

//以 initializer_list ilist 所标识者替换内容。
forward_list& operator=( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::forward_list<int> nums1 {3, 1, 4, 6, 5, 9};
std::forward_list<int> nums2; 
std::forward_list<int> nums3;

//从 nums1 复制赋值数据到 nums2
nums2 = nums1;
//此时nums2 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}

//从 nums1 移动赋值数据到 nums3,
//修改 nums1 和 nums3
nums3 = std::move(nums1);
//此时 nums1 = {}, nums3 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}


//initializer_list 的复制赋值复制数据给 nums3
nums3 = {1, 2, 3};
//此时nums3 = {1, 2, 3}

assign

功能描述

将值赋给容器，替换容器的内容。

函数原型

//以 count 份 value 的副本替换内容。
void assign( size_type count, const T& value ); ////C++11 起

//以范围 [first, last) 中元素的副本替换内容。其中有任何一个迭代器是指向 *this 中的迭代器时行为未定义。
template< class InputIt >
void assign( InputIt first, InputIt last ); //C++11 起

//以来自 initializer_list ilist 的元素替换内容。
void assign( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::forward_list<char> c;

c.assign(5, 'a');//此时c = {'a', 'a', 'a', 'a', 'a'}

const std::string str(6, 'b');
c.assign(str.begin(), str.end());//此时c = {'b', 'b', 'b', 'b', 'b', 'b'}

c.assign({'C', '+', '+', '1', '1'});//此时c = {'C', '+', '+', '1', '1'}

get_allocator

功能描述
- 返回相关的分配器。
函数原型

//返回值：与容器关联的分配器。
allocator_type get_allocator() const noexcept; //C++11 起

2.2.2 元素访问

front

功能描述

访问容器的第一个元素，其返回值为容器首元素的引用。

函数原型

reference front(); //C++11 起
const_reference front() const; //C++11 起

注：在空容器上对 front 的调用是未定义的。

2.2.3 迭代器

begin、end和cbegin、cend

功能描述

begin和cbegin返回指向forward_list首元素的迭代器，
end和cend返回指向forward_list末元素后一元素的迭代器。

函数原型

iterator begin() noexcept; //C++11 起
const_iterator begin() const noexcept; //C++11 起
const_iterator cbegin() const noexcept; //C++11 起

iterator end() noexcept; //C++11 起 
const_iterator end() const noexcept; //C++11 起
const_iterator cend() const noexcept; //C++11 起

如果forward_list为空，则返回的迭代器将等于end或cend。end和cend指向forward_list末元素后一元素的迭代器，该元素的表现为占位符，试图访问它将导致未定义行为。

before_begin, cbefore_begin

功能描述

返回指向第一个元素之前迭代器。此元素表现为占位符，试图访问它会导致未定义行为。

函数原型

iterator before_begin() noexcept; //C++11 起
const_iterator before_begin() const noexcept; //C++11 起
const_iterator cbefore_begin() const noexcept; //C++11 起

2.2.4 容量

empty

功能描述

检查容器是否为空，若为空则返回true，否则为false。

函数原型

bool empty() const noexcept; //C++11 起, C++20 前
[[nodiscard]] bool empty() const noexcept; //C++20 起

其底层实现就是检查容器是否无元素，即判断是否begin() == end()。

max_size

功能描述

max_size函数返回根据系统或库实现限制的容器可保有的元素最大数量，即对于最大容器的 std::distance(begin(), end())。

函数原型

size_type max_size() const noexcept; //C++11 起

注：此值通常反映容器大小上的理论极限，至多为 std::numeric_limits<difference_type>::max() 。运行时，可用 RAM 总量可能会限制容器大小到小于 max_size() 的值。

2.2.5 修改器

clear

功能描述

擦除所有元素，使用clear()后，再次调用size()，size函数返回0。

函数原型

void clear() noexcept; //C++11 起

insert_after

功能描述

在某个元素后插入新元素，在容器中的指定位置后插入元素。

函数原型

//在 pos 所指向的元素后插入 value
//返回值：指向被插入元素的迭代器。
iterator insert_after( const_iterator pos, const T& value ); //C++11 起
iterator insert_after( const_iterator pos, T&& value ); //C++11 起

//在 pos 所指向的元素后插入 value 的 count 个副本
//返回值：指向最后被插入元素的迭代器，或若 count==0 则为 pos 。
iterator insert_after( const_iterator pos, size_type count, const T& value ); //C++11 起

//在 pos 所指向的元素后插入来自范围 [first, last) 的元素。 若 first 与 last 是指向 *this 中的迭代器则行为未定义。
//返回值：指向最后被插入元素的迭代器，或若 first==last 则为 pos 。
template< class InputIt >
iterator insert_after( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last ); //C++11 起

//插入来自 initializer_list ilist 的元素。
//返回值：指向最后被插入元素的迭代器，或若 ilist 为空则为 pos 。
iterator insert_after( const_iterator pos, std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起

示例

std::forward_list<std::string> words{"the", "frogurt", "is", "also", "cursed"};
// words: [the, frogurt, is, also, cursed]

auto beginIt = words.begin();
words.insert_after(beginIt, "strawberry");
// words: [the, strawberry, frogurt, is, also, cursed]

auto anotherIt = beginIt;
++anotherIt;
anotherIt = words.insert_after(anotherIt, 2, "strawberry1");
// words: [the, strawberry, strawberry1, strawberry1, frogurt, is, also, cursed]

std::vector<std::string>
  V = {"apple", "banana", "cherry"};
anotherIt = words.insert_after(anotherIt, V.begin(), V.end());
// words: [the, strawberry, strawberry1, strawberry1, apple, banana, cherry, frogurt, is, also, cursed]

words.insert_after(anotherIt, {"jackfruit", "kiwifruit", "lime", "mango"});
// words: [the, strawberry, strawberry, strawberry, apple, banana, cherry, jackfruit, kiwifruit, lime, mango, frogurt, is, also, cursed]

emplace_after

功能描述

在元素后原位构造元素。在容器中的指定位置后插入新元素。原位构造元素，即不进行复制或移动操作。准确地以与提供给函数者相同的参数调用元素的构造函数。没有引用和迭代器会失效。

函数原型

/*----------------------------------
  pos：新元素将构造于其后的迭代器
  args：转发给元素构造函数的参数
  返回值iterator：指向新元素的迭代器
------------------------------------*/
template< class... Args >
iterator emplace_after( const_iterator pos, Args&&... args ); //C++11 起

earse_after

功能描述

擦除元素后的元素.

函数原型

//移除 pos 后的元素
//返回值：指向后随被擦除元素的迭代器，或若不存在这种元素则为 end() 
iterator erase_after( const_iterator pos ); //C++11 起

//移除 first 后 last 前的元素
//返回值：last
iterator erase_after( const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起

示例

std::forward_list<int> l = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

//l.erase( l.begin() ); // 错误：没有名为erase的成员函数

l.erase_after( l.before_begin() ); // 移除首元素

for( auto n : l ) std::cout << n << " ";
std::cout << '\n';
//2 3 4 5 6 7 8 9

auto fi= std::next( l.begin() );
auto la= std::next( fi, 3 );

l.erase_after( fi, la );

for( auto n : l ) std::cout << n << " ";
std::cout << '\n';
//2 3 6 7 8 9

push_front

功能描述

插入元素到容器起始。前附给定元素 value 到容器起始。没有引用和迭代器会失效。

函数原型

void push_front( const T& value ); //C++11 起
void push_front( T&& value ); //C++11 起

emplace_front

功能描述

在容器头部原位构造元素。插入新元素到容器起始。

函数原型

template< class... Args >
void emplace_front( Args&&... args ); //C++11 起, C++17 前

template< class... Args >
reference emplace_front( Args&&... args ); //C++17 起

pop_front

功能描述

移除容器首元素。若容器中无元素，则行为未定义。指向被擦除元素的迭代器和引用会失效。

函数原型

void pop_front(); //C++11 起

resize

功能描述

改变容器中可存储元素的个数。

函数原型

//重设容器大小以容纳 count 个元素，在 count == size() 时不做任何事。
//如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
//如果当前大小小于 count，那么后附额外的默认插入的元素
void resize( size_type count );

//重设容器大小以容纳 count 个元素，在 count == size() 时不做任何事。
//如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
//如果当前大小小于 count，那么后附额外的 value 的副本
void resize( size_type count, const value_type& value );

swap

功能描述

交换内容。

函数原型

void swap( forward_list& other ); //C++11 起, C++17 前
void swap( forward_list& other ) noexcept(); //C++17 起

将内容与 other 的交换。不在单独的元素上调用任何移动、复制或交换操作。所有迭代器和引用保持有效。在操作后，未指明保有此容器中 end() 值的迭代器指代此容器还是另一容器。

2.2.6 操作

merge

功能描述

合并二个已排序列表。

函数原型

//用 operator< 比较元素
void merge( forward_list& other ); //C++11 起
void merge( forward_list&& other ); //C++11 起

//用给定的比较函数 comp
template < class Compare >
void merge( forward_list& other, Compare comp ); //C++11 起
template < class Compare >
void merge( forward_list&& other, Compare comp ); //C++11 起

如果 other 与 *this 指代同一对象，那么什么也不做。否则，将两个已排序链表归并为一个。链表应以升序排序。不复制元素，并且在操作后容器 other 会变为空。不会无效化任何引用或迭代器，但被移动元素的迭代器现在指代到 *this 中，而不是到 other 中。

注：对于两个链表中的等价元素，来自 *this 的元素始终在来自 other 的元素之前，并且 *this 和 other 的等价元素顺序不更改。如果 get_allocator() != other.get_allocator()，那么行为未定义。

示例

std::forward_list<int> list1 = {5, 9, 1, 3, 3};
std::forward_list<int> list2 = {8, 7, 2, 3, 4, 4};

list1.sort(); // 1 3 3 5 9
list2.sort(); // 2 3 4 4 7 8

list1.merge(list2); // 1 2 3 3 3 4 4 5 7 8 9

splice_after

功能描述

从另一 forward_list 移动元素。

函数原型

/*《参数说明》
pos         - 指向将插入内容到其后的元素的迭代器
other       - 移动内容来源的另一容器
it         - 指向从 other 移动到 *this 的元素的迭代器的前趋迭代器
first, last - 从 other 移动到 *this 的元素范围
*/

/*从 other 移动所有元素到 *this 。元素被插入到 pos 所指向的元素后。
操作后 other 变为空。若 other 与 *this 指代同一对象则行为未定义。*/
void splice_after( const_iterator pos, forward_list& other ); //C++11 起
void splice_after( const_iterator pos, forward_list&& other ); //C++11 起

/* 从 other 移动后随 it 的迭代器所指向的元素到 *this 。
元素被插入到 pos 所指向的元素后，若 pos == it 或若 pos == ++it 则无效果。*/
void splice_after( const_iterator pos, forward_list& other,
                   const_iterator it ); //C++11 起
void splice_after( const_iterator pos, forward_list&& other,
                   const_iterator it ); //C++11 起

/*从 other 移动范围 (first, last) 中的元素到 *this 。
元素被插入到 pos 所指向的元素后。不移动 first 所指向的元素。若 pos 是范围 (first,last) 中的元素则行为未定义。*/
void splice_after( const_iterator pos, forward_list& other,
                   const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起
void splice_after( const_iterator pos, forward_list&& other,
                   const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起

不复制元素。 pos 必须是指向 *this 中的可解引用迭代器或 before_begin()迭代器（特别是 end() 不是 pos 的合法参数值）。若 get_allocator() != other.get_allocator() 则行为未定义。没有迭代器或引用被非法化，指向被移动的元素的迭代器现在指代到 *this 中，而非 other 中。

示例

std::forward_list<int> l1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::forward_list<int> l2 = {10, 11, 12};

l2.splice_after(l2.cbegin(), l1, l1.cbegin(), l1.cend());
// 不等价于 l2.splice_after(l2.cbegin(), l1);

for (int n : l1)
  std::cout << n << ' ';
std::cout << '\n';
// 1

for (int n : l2)
  std::cout << n << ' ';
std::cout << '\n';
//10 2 3 4 5 11 12

remove、remove_if

功能描述

移除满足特定标准的元素。

函数原型

//移除所有等于 value 的元素
void remove( const T& value ); //C++11 起，C++20 前
size_type remove( const T& value ); //C++20 起

//移除所有谓词 p 对它返回 true 的元素
template< class UnaryPredicate >
void remove_if( UnaryPredicate p ); //C++11 起，C++20 前
template< class UnaryPredicate >
size_type remove_if( UnaryPredicate p ); //C++20 起

示例

std::forward_list<int> l = { 1,100,2,3,10,1,11,-1,12 };

l.remove(1); // 移除两个等于 1 的元素
l.remove_if([](int n){ return n > 10; }); // 移除全部大于 10 的元素

for (int n : l) {
  std::cout << n << ' '; 
}
std::cout << '\n';
//2 3 10 -1

reverse

功能描述

将该链表的所有元素的顺序反转。逆转容器中的元素顺序。不非法化任何引用或迭代器。

函数原型

void reverse() noexcept; //C++11 起

示例

std::forward_list<int> list = { 8,7,5,9,0,1,3,2,6,4 };
list.reverse(); //4 6 2 3 1 0 9 5 7 8

unique

功能描述

删除连续的重复元素。从容器移除所有相继的重复元素。只留下相等元素组中的第一个元素。若选择的比较器不建立等价关系则行为未定义。

函数原型

//用 operator== 比较元素。
void unique(); //C++11 起, C++20 前

//用二元谓词 p 比较元素。
template< class BinaryPredicate >
void unique( BinaryPredicate p ); //C++11 起, C++20 前
template< class BinaryPredicate >
size_type unique( BinaryPredicate p ); //C++20 起

示例

std::forward_list<int> c = {1, 2, 2, 3, 3, 2, 1, 1, 2};
c.unique(); // 1 2 3 2 1 2

c = {1, 2, 12, 23, 3, 2, 51, 1, 2};
c.unique([mod = 10](int x, int y)
         { return (x % mod) == (y % mod); });
// 1 2 23 2 51 2

sort

功能描述

对元素进行排序。以升序排序元素。保持相等元素的顺序。

函数原型

//用 operator< 比较元素
void sort();  //C++11 起
 
//用给定的比较函数 comp, 在第一参数小于（即先序于）第二参数时返回 true。
template< class Compare >
void sort( Compare comp );  //C++11 起

示例

std::forward_list<int> list = {8, 7, 5, 9, 0, 1, 3, 2, 6, 4};

list.sort();                    // 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
list.sort(std::greater<int>()); // 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

list = {1, 2, 14, 25, 3, 22};
// 按照元素个位数的大小进行排序
list.sort([mod = 10](int x, int y)
          { return (x % mod) < (y % mod); }); // 1 2 22 3 14 25

2.3 非成员函数

operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::forward_list)

功能描述

按照字典顺序比较 forward_list 中的值。

函数声明

//1. ==
//返回值：在 forward_list 内容相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator==( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::forward_list<T, Alloc>& rhs );

//2. !=
//返回值：在 forward_list 内容不相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator!=( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//3. <
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//4. <=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<=( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//5. >
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//6. >=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>=( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                 const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//7. <=>
//返回值：lhs 与 rhs 中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。
template< class T, class Alloc >
operator<=>( const std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
                             const std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++20 起

1,2中会检查 lhs 与 rhs 的内容是否相等，即它们是否拥有相同数量的元素且 lhs 中每个元素与 rhs 的同位置元素比较相等。
3-6中按照字典比较lhs和rhs的内容，其内部等价于调用std::lexicographical_compare函数进行比较。
7中也是按字典序比较lhs和rhs的内容。其内部等价于调用std::lexicographical_compare_three_way 进行比较。返回类型同合成三路比较的结果类型。其逻辑大致如下： lhs < rhs ? std::weak_ordering::less : rhs < lhs ? std::weak_ordering::greater : std::weak_ordering::equivalent //注：通常情况下less对应的是-1，greater对应1，equivalent对应0 lhs与rhs中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。

示例

std::forward_list<int> alice{1, 2, 3};
std::forward_list<int> bob{7, 8, 9, 10};
std::forward_list<int> eve{1, 2, 3};

std::cout << std::boolalpha;

// 比较不相等的容器
std::cout << "alice == bob returns " << (alice == bob) << '\n';
std::cout << "alice != bob returns " << (alice != bob) << '\n';
std::cout << "alice <  bob returns " << (alice < bob) << '\n';
std::cout << "alice <= bob returns " << (alice <= bob) << '\n';
std::cout << "alice >  bob returns " << (alice > bob) << '\n';
std::cout << "alice >= bob returns " << (alice >= bob) << '\n';

std::cout << '\n';

// 比较相等的容器
std::cout << "alice == eve returns " << (alice == eve) << '\n';
std::cout << "alice != eve returns " << (alice != eve) << '\n';
std::cout << "alice <  eve returns " << (alice < eve) << '\n';
std::cout << "alice <= eve returns " << (alice <= eve) << '\n';
std::cout << "alice >  eve returns " << (alice > eve) << '\n';
std::cout << "alice >= eve returns " << (alice >= eve) << '\n';

输出结果：

alice == bob returns false
alice != bob returns true
alice <  bob returns true
alice <= bob returns true
alice >  bob returns false
alice >= bob returns false
 
alice == eve returns true
alice != eve returns false
alice <  eve returns false
alice <= eve returns true
alice >  eve returns false
alice >= eve returns true

std::swap(std::forward_list)

功能描述

为 std::forward_list特化 std::swap算法。

函数原型

template< class T, class Alloc >
void swap( std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
           std::forward_list<T, Alloc>& rhs ); //C++11 起, C++17 前

template< class T, class Alloc >
void swap( std::forward_list<T, Alloc>& lhs,
           std::forward_list<T, Alloc>& rhs ) noexcept(); //C++17 起

交换 lhs 与 rhs 的内容。调用lhs.swap(rhs)。

示例

std::forward_list<int> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5};

auto it1 = std::next(a1.begin()); //*it1 = 2
auto it2 = std::next(a2.begin()); //*it2 = 5

int &ref1 = a1.front(); // ref1 = 1
int &ref2 = a2.front(); // ref1 = 4

std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为2 5 1 4

std::swap(a1, a2);

// 此时a1 = {4, 5}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果仍为2 5 1 4

/*注：
        交换后迭代器与引用保持与原来的元素关联，
        例如尽管 'a1' 中值为 2 的元素被移动到 'a2' 中，
        原来指向它的 it1 仍指向同一元素。*/

std::erase, std::erase_if (std::forward_list)

功能描述

函数主要用来擦除所有满足特定判别标准的元素。

函数原型

//从容器中擦除所有比较等于value的元素，
//等价于 return c.remove_if([&](auto& elem) { return elem == value; });
template< class T, class Alloc, class U >
  typename std::forward_list<T, Alloc>::size_type
    erase(std::forward_list<T, Alloc>& c, const U& value); //C++20 起

//从容器中擦除所有满足pred的元素，pred为应该擦除元素则返回true的一元谓词。
//等价于 return c.remove_if(pred);
template< class T, class Alloc, class Pred >
  typename std::forward_list<T, Alloc>::size_type
    erase_if(std::forward_list<T, Alloc>& c, Pred pred); //C++20 起

返回值为被擦除的元素数。

示例

std::forward_list<int> c{1, 2, 3, 4, 6};
// 擦除c中的值等于3的元素
auto erased1 = std::erase(c, 3); // erased1 = 1
// 此时c = {1, 2, 4, 6}

// 擦除c中的偶数
auto erased2 = std::erase_if(c, [](int n)
                             { return n % 2 == 0; }); // erased2 = 3
// 此时c = {1}

3. 总结

forward_list容器的优势和劣势：

优势

采用动态内存分配，不会造成内存浪费和溢出。且使用的内存比list小。
重组操作不需要移动/复制元素（适用于存储具有高复制/大分配成本的对象）。

劣势

仅在线性时间内随机访问。
只能单向遍历。
有时候可能会由于内存局部性错误而导致遍历缓慢。

forward_list容器与list的区别

forward_list	list
使用单向链表实现	使用双向链表实现
消耗相对较少的内存	消耗相对更多的内存
由于每个节点的指针较少，因此插入和移除元素的开销更少，因此性能更好。	由于每个节点的指针更多，插入和删除元素的开销更大，因此性能较差。
正向顺序访问	正向和反向顺序访问
比list更有效。	效率低于forward_list表。
通常用于需要单向顺序访问的情况，例如实现二叉树、哈希表、堆栈等。	通常用于需要双向顺序访问的情况，例如在散列中实现链接、图的邻接列表表示等。