単方向リスト (タンホウコウリスト) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

単方向リスト (タンホウコウリスト) の読み方

日本語表記

単方向リスト (タンホウコウリスト)

英語表記

Singly linked list (シングリー・リンクド・リスト)

単方向リスト (タンホウコウリスト) の意味や用語解説

単方向リストとは、データ構造の一種で、複数の要素（ノード）が線形に連結されたリスト構造の中でも、各要素が次の要素への参照（ポインタ）のみを持つものを指す。一般的に、単方向連結リストとも呼ばれる。 より詳細に説明すると、単方向リストは、データを格納する「ノード」と呼ばれる要素が鎖のように連なって構成される。各ノードは、自身が持つデータと、リスト内の次のノードを指し示すポインタという2つの部分から構成される。リストの最後のノードは、次のノードが存在しないため、ポインタは通常NULL（またはnil）を指し示す。このNULLポインタがリストの終端を示す役割を果たす。 単方向リストの基本的な操作には、要素の挿入、削除、検索、走査などがある。 要素の挿入は、リストの任意の位置に新しいノードを追加する操作である。リストの先頭に挿入する場合、新しいノードのポインタをリストの先頭ノードを指すように変更し、新しいノードをリストの新しい先頭とする。リストの中間や末尾に挿入する場合は、挿入位置の直前のノードのポインタを新しいノードを指すように変更し、新しいノードのポインタを挿入位置の直後のノードを指すように変更する。 要素の削除は、リストから特定のノードを取り除く操作である。削除するノードの直前のノードのポインタを、削除するノードの次のノードを指すように変更することで、リストから削除できる。削除されたノードは、メモリから解放される必要がある。 要素の検索は、リストの中から特定のデータを持つノードを探し出す操作である。リストの先頭から順にノードを辿り、各ノードが持つデータが検索条件に合致するかどうかを比較する。合致するノードが見つかれば検索は成功し、リストの最後まで辿っても見つからなければ検索は失敗となる。 要素の走査は、リストの先頭から順にすべてのノードを辿る操作である。各ノードのデータを処理したり、リストの長さを調べたりする際に用いられる。 単方向リストは、実装が比較的容易であり、メモリの使用効率が良いという利点がある。特に、要素の挿入や削除が頻繁に行われる場合に、配列などの他のデータ構造と比較して効率的な処理が可能となる場合がある。 一方で、単方向リストには、いくつかの欠点も存在する。まず、リストの後ろの要素にアクセスするためには、先頭から順に辿る必要があるため、ランダムアクセスには向いていない。次に、削除操作において、削除するノードの直前のノードを特定する必要があるため、単方向リストだけでは効率的な削除が難しい場合がある。この問題を解決するために、双方向リストと呼ばれる、前のノードへのポインタも持つデータ構造が用いられることがある。 単方向リストは、スタックやキューといった他のデータ構造の実装にも利用される。例えば、スタックは、後入れ先出し（LIFO）の原則に従うデータ構造であり、単方向リストを用いて効率的に実装できる。キューは、先入れ先出し（FIFO）の原則に従うデータ構造であり、単方向リストを用いて実装することも可能である。 プログラミング言語によっては、単方向リストに相当するデータ構造が標準ライブラリとして提供されている場合がある。例えば、JavaのLinkedListクラスは、双方向リストとして実装されているが、単方向リストと同様の操作も可能である。Pythonのリストも、動的な配列として実装されているが、単方向リスト的な使い方をすることもできる。 単方向リストは、データ構造とアルゴリズムを学ぶ上で基本的な概念であり、様々なプログラミングの場面で応用できる。理解を深めるためには、実際にコードを書いて、要素の挿入、削除、検索、走査などの操作を実装してみるのが有効である。