使用 forward_list 是因为它内存占用更小且在特定场景下操作更高效。forward_list 是单链表,每个节点仅保存下一个节点指针,相比 list 节省内存;不支持随机访问和反向遍历,但中间插入删除效率高;没有 size() 函数,需手动计算元素数量;提供 insert_after 和 erase_after 等接口,适合头部或中间频繁操作的场景;支持合并链表、实现 lru 缓存逻辑、配合 emplace_after 使用以及利用 before_begin() 迭代器等技巧,在性能敏感或内存受限环境下具有优势。
c++ STL 中的 forward_list 是一个单链表容器,和 list 这种双链表不同,它只支持单向遍历。它的设计目标是轻量、高效,在某些特定场景下比其他序列容器更有优势。
为什么用 forward_list 而不是 list?
最大的区别在于内存占用和操作效率。forward_list 只保存下一个节点的指针,而 list 每个节点都要保存前后两个指针。如果你不需要反向遍历,并且在意内存开销,forward_list 是更合适的选择。
另一个特点是,forward_list 没有 size() 成员函数(至少在 C++11 到 C++17 中),只有 empty()。这意味着获取元素数量需要手动调用 distance,但换来的是更小的内存 footprint。
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常见操作需要注意的地方
- 插入和删除操作通常比 vector 更快,特别是中间插入时不会导致大量元素移动。
- 不支持随机访问,只能从头开始逐个遍历。
- 提供了 insert_after 和 erase_after 等接口,操作逻辑上与双链表略有不同。
- 因为没有尾指针,所以在尾部插入(push_front)效率高,但尾部操作不直接支持。
举个例子:
你想在一个很长的链表中间插入一个新元素,这时候用 forward_list 的 insert_after 会比 vector 的 insert 快很多,因为后者可能需要复制大量数据。
特殊用法和技巧
有些时候你可能不太注意 forward_list 的一些隐藏能力:
- 合并多个链表:虽然不像 list::splice 那样方便,但你可以通过迭代器手动拼接多个 forward_list。
- 实现 LRU 缓存的部分逻辑:如果你只需要前向查找,并且频繁进行头部或中间插入删除操作,forward_list 可以作为候选结构。
- 配合 emplace_after 使用:可以避免构造临时对象,提高性能,尤其适合复杂类型。
- 使用 before_begin() 迭代器:这是 forward_list 独有的特性,用来辅助插入第一个元素或者统一处理插入逻辑。
这些技巧在实际开发中不一定天天用,但在性能敏感或内存受限的场景下,能带来明显优势。
基本上就这些。