Ｃ＋＋入門｜vectorクラスとlistクラスの違い

Ｃ＋＋入門｜vectorクラスとlistクラスの違い

vectorは番号で探しやすい修行データボード、listは隊列の組み替えに強い戦士名簿。STLは目的に合わせて使い分けることで力を発揮します。

STLには、複数のデータをまとめて管理するための便利なクラスが用意されています。
その中でも、vector と list はどちらも複数のデータを順番に保存できるため、最初はとても似ているように見えます。

vector は、配列を使いやすく発展させたようなクラスです。
データを順番に並べ、0番目、1番目、2番目というように番号でアクセスしやすいのが特徴です。

一方、list は、要素同士が前後につながった隊列のようなクラスです。
先頭や末尾への追加、途中の要素の挿入や削除を考えやすい構造になっています。

ドラゴンボール風にたとえるなら、vector は修行司令室にある番号付きの戦闘力ボードです。
1番目の戦士、2番目の戦士、3番目の戦士というように、番号でパッと確認するのに向いています。

list は、戦士たちが実際に並んでいる修行隊列です。
先頭の戦士を外したり、途中に別の戦士を入れたり、隊列そのものを組み替えるような場面に向いています。

今回の学習では、vector と list の共通点と違いを、イテレータを使った表示、list による要素削除を通して確認していきます。

vectorとlistはどちらもSTLのコンテナ

vector と list は、どちらもSTLのコンテナです。
コンテナとは、複数のデータを入れて管理する入れ物のことです。

vector と書けば、文字列を複数管理する vector になります。
list と書けば、文字列を複数管理する list になります。

どちらもテンプレートを使ったクラスなので、string だけでなく int や double、自作クラスなども扱えます。

たとえば、技名を管理するなら string 型を使えます。
戦闘力を管理するなら int 型を使えます。

vector<string> techniqueVector;
list<string> techniqueList;

この2つは、どちらも文字列を複数保存できます。
ただし、内部の考え方や得意な操作は違います。

vector は配列の延長として考えるとわかりやすく、番号で管理しやすい構造です。
list は隊列として考えるとわかりやすく、要素の追加や削除によって並びが変化する場面に向いています。

図：vectorは番号付きボード、listは戦士の隊列

この図が示していること

この図では、vector と list の基本的な違いを表しています。

vector は、番号付きのデータボードのように、添字を使って要素を扱いやすい構造です。
list は、要素同士がつながった隊列のように、途中の挿入や削除を考えやすい構造です。

どちらも複数のデータを管理できますが、使う目的によって選び分けることが大切です。

vectorとlistを使ったサンプルプログラム

ここでは、vector と list の両方を使うサンプルを見ていきます。

vector には、表示用の技名を2つ保存します。
list には、隊列として管理する気の種類を3つ保存します。

そのあと、vector の内容はイテレータで表示します。
list では、先頭要素の値をもとに remove を使って削除し、残った要素を表示します。

プロジェクト/ファイル名： Chap6_07/main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <list>

using namespace std;

int main(int argc, char** argv) {
    // 技名を番号付きで管理するvector
    vector<string> techniqueVector;

    // 気の隊列を管理するlist
    list<string> kiList;

    // vectorに技名を追加する
    techniqueVector.push_back("青白い気弾");
    techniqueVector.push_back("癒しの光");

    // listに気の種類を追加する
    kiList.push_back("亀仙流の気");
    kiList.push_back("神流の癒し");
    kiList.push_back("界王流の重力");

    // vector用のイテレータを宣言する
    vector<string>::iterator vectorItr;

    // list用のイテレータを宣言する
    list<string>::iterator listItr;

    // vectorの要素を表示する
    cout << "--- vectorの技名表示 ---" << endl;

    for (vectorItr = techniqueVector.begin(); vectorItr != techniqueVector.end(); vectorItr++) {
        cout << *vectorItr << endl;
    }

    // listの先頭を指す
    listItr = kiList.begin();

    // listの中から、listItrが指している値と同じ要素を削除する
    kiList.remove(*listItr);

    // listの要素を表示する
    cout << "--- listの隊列表示 ---" << endl;

    for (listItr = kiList.begin(); listItr != kiList.end(); listItr++) {
        cout << *listItr << endl;
    }

    // プログラムが正常に終わったことを示す
    return 0;
}

実行結果

--- vectorの技名表示 ---
青白い気弾
癒しの光
--- listの隊列表示 ---
神流の癒し
界王流の重力

このプログラムでは、vector と list の両方でイテレータを使っています。

vector::iterator vectorItr は、vector の要素を順番に指すためのイテレータです。
list::iterator listItr は、list の要素を順番に指すためのイテレータです。

vector でも list でも、begin から end までイテレータを進めることで、すべての要素を順番に表示できます。

for (vectorItr = techniqueVector.begin(); vectorItr != techniqueVector.end(); vectorItr++) {
    cout << *vectorItr << endl;
}

for (listItr = kiList.begin(); listItr != kiList.end(); listItr++) {
    cout << *listItr << endl;
}

このように、イテレータを使って要素をたどれる点は、vector と list の共通点です。

vectorでもイテレータは使える

前回 list を学んだとき、イテレータは list の要素をたどるために使いました。
ただし、イテレータは list だけのものではありません。

vector でもイテレータを使えます。

vector<string>::iterator vectorItr;

このように宣言した vectorItr は、vector の要素を指すためのイテレータです。

vector は添字でもアクセスできます。

techniqueVector[0]
techniqueVector[1]

しかし、イテレータを使って次のように順番に表示することもできます。

for (vectorItr = techniqueVector.begin(); vectorItr != techniqueVector.end(); vectorItr++) {
    cout << *vectorItr << endl;
}

begin は先頭要素を指すイテレータを返します。
end は最後の要素の次を表すイテレータを返します。

そのため、vectorItr が end に到達するまで処理を繰り返せば、vector の全要素を表示できます。

ドラゴンボール風に言えば、vector は番号付きの修行データボードですが、イテレータというスカウター照準を使って、左から右へ順番に確認することもできるわけです。

listではremoveを使って要素を削除できる

サンプルのlist側では、removeを使って要素を削除しています。

listItr = kiList.begin();
kiList.remove(*listItr);

まず、listItr = kiList.begin(); によって、listItr は list の先頭要素を指します。

この時点で、kiList の中身は次のようになっています。

亀仙流の気
神流の癒し
界王流の重力

listItr は先頭の 亀仙流の気 を指しています。

そのあと、次の処理を実行します。

kiList.remove(*listItr);

ここで、*listItr は listItr が指している要素の値を表します。
つまり、この場合は 亀仙流の気 です。

kiList.remove(*listItr); は、kiList の中から 亀仙流の気 と同じ値の要素を削除します。

そのため、削除後のlistは次のようになります。

神流の癒し
界王流の重力

ここで注意したいのは、remove はイテレータの位置そのものを指定して削除する関数ではない、という点です。
remove は、指定した値と同じ要素を削除します。

今回のプログラムでは、先頭の値が 亀仙流の気 であり、その値は1つだけなので、先頭要素が削除されたように見えます。

もし同じ値が複数入っていれば、remove はその値と一致する要素をまとめて削除します。

vector には、list の remove のようなメンバ関数はありません。
vector で要素を削除する場合は、別の方法を使います。

ここでは、list は値を指定して要素を削除できる remove メンバ関数を持っている、という点を押さえておきましょう。

図：listのremoveで値を削除する

この図が示していること

この図では、list の先頭要素をイテレータで確認し、その値を remove に渡して削除する流れを表しています。

listItr が先頭の 亀仙流の気 を指しているため、*listItr は 亀仙流の気 になります。
kiList.remove(*listItr) を実行すると、kiList の中から 亀仙流の気 と同じ値の要素が削除されます。

remove は、イテレータの位置そのものではなく、指定した値と一致する要素を削除する関数である点が大切です。

vectorとlistの共通点

vector と list は構造が違いますが、共通している部分もあります。

まず、どちらもSTLのコンテナです。
そのため、複数のデータをまとめて管理できます。

また、どちらもテンプレートで作られているので、扱う型を指定できます。

vector<string> techniqueVector;
list<string> kiList;

このように、string を指定すれば文字列を管理できます。
int を指定すれば整数を管理できます。

さらに、どちらも push_back で末尾に要素を追加できます。

techniqueVector.push_back("青白い気弾");
kiList.push_back("亀仙流の気");

そして、どちらもイテレータを使って先頭から終端までたどることができます。

begin()
end()

共通点を整理すると、次のようになります。

vector と list は、使い方がまったく別物というわけではありません。
STLコンテナとして共通した操作も多くあります。

vectorとlistの違い

vector と list の大きな違いは、データの管理方法です。

vector は、配列の延長として考えるとわかりやすいクラスです。
要素が順番に並び、添字を使ってアクセスできます。

techniqueVector[0]
techniqueVector[1]

このように、何番目の要素かがわかっている場合に扱いやすいです。

一方、list は添字でアクセスできません。
要素同士がつながるように管理されているため、イテレータで順番にたどる使い方が基本になります。

for (listItr = kiList.begin(); listItr != kiList.end(); listItr++) {
    cout << *listItr << endl;
}

また、list は任意の位置での挿入や削除を考えやすいコンテナです。
remove、push_front、pop_front、insert など、隊列を組み替えるような操作に向いたメンバ関数を持っています。

ドラゴンボール風に言えば、vector は修行記録を番号で管理する台帳です。
list は戦士の実際の隊列です。

番号で何番目かを素早く見たいなら vector が合っています。
先頭を外したり、途中を差し替えたり、隊列の並びを変えたいなら list が合っています。

listの主なメンバ関数

list には、要素の追加や削除を行うための便利なメンバ関数があります。

push_front は、先頭に要素を追加します。
push_back は、末尾に要素を追加します。

pop_front は、先頭の要素を削除します。
pop_back は、末尾の要素を削除します。

insert は、イテレータで指定した位置の直前に要素を挿入します。

remove は、指定した値と同じ要素を削除します。
clear は、すべての要素を削除します。

list は、このように並びを変化させる操作が豊富です。
そのため、要素を追加したり削除したりする場面で使いやすいクラスです。

図：vectorとlistの使い分け

この図が示していること

この図では、vector と list をどのように使い分けるかを表しています。

vector は、番号で要素にアクセスしたい場面に向いています。
list は、先頭への追加、途中への挿入、要素の削除など、隊列を組み替えるような操作に向いています。

STLでは、どのコンテナを使うかによって、プログラムの書きやすさや処理の考え方が変わります。

サンプルプログラムの流れを確認する

今回のサンプルでは、まず vector に2つの技名を追加しています。

techniqueVector.push_back("青白い気弾");
techniqueVector.push_back("癒しの光");

そのあと、vector のイテレータで内容を表示しています。

for (vectorItr = techniqueVector.begin(); vectorItr != techniqueVector.end(); vectorItr++) {
    cout << *vectorItr << endl;
}

実行結果では、次のように表示されます。

青白い気弾
癒しの光

次に、list には3つの気の種類を追加しています。

kiList.push_back("亀仙流の気");
kiList.push_back("神流の癒し");
kiList.push_back("界王流の重力");

この状態で、listItr を先頭に合わせます。

listItr = kiList.begin();

先頭の値は 亀仙流の気 です。

その値を使って、removeで削除します。

kiList.remove(*listItr);

その結果、亀仙流の気 が削除され、list には 神流の癒し と 界王流の重力 が残ります。

最後に、list のイテレータで内容を表示します。

for (listItr = kiList.begin(); listItr != kiList.end(); listItr++) {
    cout << *listItr << endl;
}

実行結果では、次のように表示されます。

神流の癒し
界王流の重力

この流れから、vector でも list でもイテレータを使えること、そして list では remove による要素削除ができることを確認できます。

vectorとlistで身につけたい使い分けの感覚

vector と list は、どちらも複数のデータを扱える便利なSTLコンテナです。
しかし、何をしたいかによって、選ぶべきコンテナは変わります。

要素を番号で扱いたいなら vector が向いています。
たとえば、techniqueVector[0] のように何番目の技かを指定して取り出したい場合です。

一方で、先頭や途中の要素を追加したり削除したりする操作が多いなら list が向いています。
list は、隊列の中から特定の値を削除したり、イテレータで位置を指定して挿入したりする考え方に合っています。

ドラゴンボール風に言えば、vector は修行データを番号で管理する記録ボードです。
list は、戦士たちの並びを柔軟に変えられる出撃隊列です。

どちらも便利ですが、得意分野は違います。

STLを使うときは、ただデータを入れられればよいと考えるのではなく、そのデータをあとでどのように使うのかを考えることが大切です。

番号でよく取り出すのか。
途中でよく削除するのか。
先頭に追加することが多いのか。
全体を順番にたどるだけなのか。

こうした使い方を考えて、vector と list を選び分けると、C++のデータ管理がよりわかりやすく、扱いやすくなります。