容器的概觀和分類

• array 數(shù)組 、list 鏈表、tree樹 、stack堆棧、queue隊(duì)列、hash table散列表、set集合、map映射表
• 根據(jù)數(shù)據(jù)在容器中的排列順序，將上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為序列式和關(guān)聯(lián)式兩種類型

• SGI STL使用內(nèi)縮方式來表達(dá)基層和衍生層之間的關(guān)系
• 衍生不是派生，本質(zhì)上是一種內(nèi)含的關(guān)系，例如heap內(nèi)含vector，priority-queue內(nèi)含heap；stack 和 queue都內(nèi)含deque；set map multiset multimap 內(nèi)含一個(gè) RB-tree，hash_x都內(nèi)含hashtable
• 序列式容器，內(nèi)部元素都可序但是未必有序。C++本身提供了一個(gè)序列式容器array，STL提供了vector、list、deque、priority_queue等
• stack 和 queue都是在deque的基礎(chǔ)上改頭換面形成的，技術(shù)上將其歸類為一種 配接器

Vector

• vector類似于array，二者唯一的差別在于 空間的運(yùn)用的靈活性。
• array是靜態(tài)空間，一旦配置就不會改變大小，如果存儲空間不夠需要申請空間進(jìn)行元素的拷貝，這些操作均需要用戶自己來執(zhí)行，最后還需要釋放先前擁有的區(qū)間。? 具體操作：(配置新的空間 | 數(shù)據(jù)移動 | 釋放先前的內(nèi)存空間 )
• vector是動態(tài)空間，隨著元素的加入，內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)機(jī)制會自行進(jìn)行內(nèi)存空間的擴(kuò)充從而容納新的元素
• vector的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：關(guān)鍵在于其對于大小的控制和重新配置的時(shí)候?qū)τ跀?shù)據(jù)的移動的效率。第二次申請的內(nèi)存空間是先前的兩倍
• SGI vector將vector實(shí)現(xiàn)于更加底層的<stl_vector.h> ，具體使用的時(shí)候直接引入<vector>頭文件即可

#include <iostream> #include <new> //for placement new #include <cstddef> //for ptrdiff_t size_t #include <cstdlib> //for exit #include <climits> //for UINT_MAXnamespace Chy{template <class T>inline T* _allocate(ptrdiff_t size,T*){std::set_new_handler(0);T* tmp = (T*)(::operator new((std::size_t)(size * sizeof (T))));if (tmp == 0){std::cerr << "out of memory" << std::endl;exit(1);}return tmp;}template<class T>inline void _deallocate(T* buffer){::operator delete (buffer);}template<class T1,class T2>inline void _construct(T1 *p,const T2& value){new(p) T1 (value); //沒看懂}template <class T>inline void _destroy(T* ptr){ptr->~T();}template <class T>class allocator{public:typedef T value_type;typedef T* pointer;typedef const T* const_pointer;typedef T& reference;typedef const T& const_reference;typedef std::size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type;template<class U>struct rebind{typedef allocator<U>other;};pointer allocate(size_type n,const void * hint = 0){return _allocate((difference_type)n,(pointer)0);}void deallocate(pointer p,size_type n){_deallocate(p);}void construct(pointer p,const T& value){_construct(p,value);}void destroy(pointer p){_destroy(p);}pointer address(reference x){return (pointer)&x;}const_pointer const_address(const_reference x){return (const_pointer)&x;}size_type max_size()const{return size_type(UINT_MAX/sizeof (T));}}; }template<class T,class Alloc> class simple_alloc{ public:static T* allocate(std::size_t n){return 0==n?0:(T*)Alloc::allocate(n * sizeof(T));}static T* allocate(void){return (T*)Alloc::allocate(sizeof (T));}static void deallocate(T* p,size_t n){if (n!=0){Alloc::deallocate(p,n * sizeof(T));}}static void deallocate(T* p){Alloc::deallocate(p,sizeof(T));} };//如果是copy construction 等同于assignment而且destructor 是 trivial以下就會有效 //如果是POD型別 執(zhí)行的流程就會跳轉(zhuǎn)到以下函數(shù)，這個(gè)是通過function template的參數(shù)推導(dǎo)機(jī)制得到的 template<class ForwardIterator,class Size,class T> inline ForwardIterator __uninitizlized_fill_n_aux(ForwardIterator first,Size n,const T&x){return fill_n(first,n,x); //交給高階函數(shù)執(zhí)行 }struct __true_type{}; struct __false_type{};template<class T> struct __type_traits {typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;typedef __false_type has_trivial_default_constructor;typedef __false_type has_trivial_copy_constructor;typedef __false_type has_trivial_assignment_constructor;typedef __false_type has_trivial_destructor;typedef __false_type is_POD_type; };//函數(shù)的邏輯是 //首先萃取出 迭代器first的value type，然后判斷這個(gè)型別是否是POD類型 template<class ForwardIterator,class Size,class T,class T1> inline ForwardIterator __uninitizlized_fill_n(ForwardIterator first,Size n,const T&x,T1*){//以下使用的是__type_traits<T1>::is_POD_type is _PODtypedef typename __type_traits<T1>::is_POD_type is_POD;return __uninitizlized_fill_n_aux(first,n,x,is_POD()); }template<class ForwardIterator,class Size,class T> ForwardIterator uninitialized_fill_n(ForwardIterator first,Size n,const T&x){return __uninitizlized_fill_n(first,n,x,value_type(first));//使用value_type()判斷first的value type }//alloc 是SGI STL默認(rèn)的空間配置器 template <class T,class Alloc> class vector{ public://vector的嵌套型別定義typedef T value_type;typedef value_type * pointer;typedef value_type * iterator;typedef value_type & reference;typedef std::size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type; protected://simple_alloc 是SGI STL的空間配置器typedef simple_alloc<value_type,Alloc>data_allocator;iterator start; //表示目前使用空間的頭部iterator finish; //表示目前使用空間的尾部iterator end_of_storage; //表示目前可用空間的尾部void insert_aux(iterator position,const T&x);void deallocate(){if (start){data_allocator ::deallocate(start,end_of_storage - start);}}void fill_initialize(size_type n,const T& value){start = allocate_and_fill(n,value);finish = start+n;end_of_storage = finish;}public:iterator begin(){return start;}iterator end(){return finish;}size_type size() const {return size_type(end() - begin());}size_type capacity() const{return size_type (end_of_storage - begin());}bool empty(){return begin() == end();}reference operator[] (size_type n){return (*(begin() + n));}vector():start(0),finish(0),end_of_storage(0){};vector(size_type n,const T& value){fill_initialize(n,value);}vector(int n,const T& value){fill_initialize(n,value);}vector(long n,const T& value){fill_initialize(n,value);}explicit vector(size_type n){fill_initialize(n,T());}~vector(){Chy::allocator<T>::destroy(start,finish); //全局函數(shù)deallocate(); //vector的成員函數(shù)}reference front(){return *begin();} //第一個(gè)元素reference back(){return *(end()-1);} //最后一個(gè)元素void push_back(const T& x){if (finish != end_of_storage){Chy::allocator<T>::construct(finish,x);++finish;} else{insert_aux(end(),x);// vector的成員函數(shù)}}void pop_back(){ //將最尾端的元素取出--finish;Chy::allocator<T>::destroy(finish);}iterator erase(iterator position){ //清除某個(gè)位置上的元素if (position+1 != end()){std::copy(position+1,finish,position); //后續(xù)元素向前移動 進(jìn)行元素的覆蓋}--finish;Chy::allocator<T>::destroy(finish);return position;}void resize(size_type new_size,const T& x){if (new_size < size()){erase(begin()+new_size,end());} else{std::inserter(end(),new_size - size(),x);}}void resize(size_type new_size){resize(new_size,T());}void clear(){erase(begin(),end());} protected://配置空間并填滿內(nèi)容iterator allocate_and_fill(size_type n,const T&x){iterator result = data_allocator ::allocate(n);uninitialized_fill_n(result,n,x); //全局函數(shù)return result;} };

vector迭代器

• vector維護(hù)的是一個(gè)連續(xù)的線性空間，所以不論其元素的的型別是怎樣，普通的指針都可以作為vector的迭代器從而滿足所有的必要的條件
• 因?yàn)関ector迭代器所需要的操作，比如 operator*??operator->?operator++?operator--?operator+?operator-?operator+=?operator-= 是普通指針天生就具備的能力
• 普通指針支持隨機(jī)存取，正因?yàn)槠胀ㄖ羔樉邆溥@樣的能力，所以vector提供的是random Access iterators
• vector的迭代器是普通的指針
• 例子

std::vector<int>::iterator i_vite; //i_vite的型別本質(zhì)上是int* std::vector<Shape>::iterator s_vite; //s_vite的型別本質(zhì)上是Shape*

Vector數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很簡單：線性連續(xù)空間
• 使用start和finish指向配置的連續(xù)空間中的已經(jīng)使用的范圍區(qū)間
• 使用迭代器end_of_storage指向的是整個(gè)一塊連續(xù)的空間(包含備用空間)的尾端

iterator start; //表示目前使用空間的頭部iterator finish; //表示目前使用空間的尾部iterator end_of_storage; //表示目前可用空間的尾部

• vector分配的內(nèi)存空間實(shí)際上是大于客戶端申請的內(nèi)存空間，主要是為了防止以后內(nèi)存的擴(kuò)充，這個(gè)便是容量的概念。
• 即容量的概念 永遠(yuǎn)大于或者等于其大小，一旦容量等于大小，即是滿載。
• 使用三個(gè)迭代器，完成 vector的首尾標(biāo)定、使用空間的大小、容量、空容器的判斷、注標(biāo)[]的運(yùn)算子、最前端的元素 和最末尾的元素等等

Vector的構(gòu)造和內(nèi)存管理

• //vector缺省使用alloc作為空間配置器，并據(jù)此另外定義了data_allocator，為的是更方便的以元素大小作為配置單位
• ? ? typedef simple_alloc<value_type,Alloc>data_allocator; 所以data_allocator::allocate(n)? ； 表示配置n個(gè)元素的空間
• vector提供了很多的構(gòu)造器

• uninitialized_fill_n 根據(jù)第一個(gè)參數(shù)的特性(使用type_traits 進(jìn)行類型推導(dǎo))，決定使用fill_n() 還是通過反復(fù)調(diào)用 construct() 來完成任務(wù)
• 使用push_back()將元素插入到vector的尾端的時(shí)候，函數(shù)檢查是否存在備用的空間，如果有直接在備用空間進(jìn)行元素的構(gòu)造，并且調(diào)整迭代器finish使得vector變大
• 如果沒有備用空間就需要進(jìn)行元素的擴(kuò)充(配置 、移動數(shù)據(jù)、釋放空間)

void push_back(const T& x){if (finish != end_of_storage){ //還存在備用空間Chy::allocator<T>::construct(finish,x); //直接進(jìn)行元素的構(gòu)造++finish; //調(diào)整水位高度} else{ //無備用空間insert_aux(end(),x);// vector的成員函數(shù)}} //insert_aux 偽代碼 template<class T,class Alloc> void vector<T,Alloc>::insert_aux(iterator position, const T &x) {if (finish != end_of_storage){ //還有備用空間//在備用空間起始處構(gòu)造一個(gè)元素，并使用vector最后一個(gè)元素?cái)?shù)值為其初始化Chy::allocator<T>::construct(finish,*(finish-1));//調(diào)整水位++finish;T x_copy = x;copy_backward(position,finish-2,finish-1);*position = x_copy;} else{ //無備用空間const size_type old_size = size();const size_type len = old_size != 0 ? 2*old_size:1;//配置原則：//如果原大小為0 則配置1 (單位是 元素的大小)//如果原大小不為0 配置內(nèi)存大小是先前的兩倍//前半段用于放置先前的數(shù)據(jù)，后半段用于存儲新的數(shù)據(jù)iterator new_start = data_allocator::allocate(len); //實(shí)際配置內(nèi)存iterator new_finish = new_start;try{//進(jìn)行先前元素的拷貝，將原vector的內(nèi)容拷貝到新的vectornew_finish = unintialized_copy(start,position,new_start);//為新的元素設(shè)定初始數(shù)值 xChy::allocator<T>::construct(new_finish,x);//調(diào)整水位++new_finish;//將原vector的備用空間中的內(nèi)容也忠實(shí)拷貝過來new_finish = unintialized_copy(position,finish,new_finish);}catch (){//commit or rollbackChy::allocator<T>::destroy(new_start,new_finish);data_allocator::allocate(new_start,len);throw ;}//析構(gòu)并且釋放原有的vectorChy::allocator<T>::destroy(begin(),end());deallocate();//調(diào)整迭代器 指向新的vectorstart = new_start;finish = new_finish;end_of_storage = new_start + len;} }

• ?動態(tài)增加大小 不是在現(xiàn)有的內(nèi)存空間后面接入新的空間 (? 無法保證原有空間之后是否還尚有可以配置的空間?)
• 需要在背的地方申請空間
• 因此一旦造成空間的重新配置，指向原有vector的所有迭代器就會失效了

void pop_back(){ //將最尾端的元素取出--finish; //將尾端標(biāo)記往前移動一格，表示放棄尾端元素Chy::allocator<T>::destroy(finish);} void pop_back(){ //將最尾端的元素取出--finish; //將尾端標(biāo)記往前移動一格，表示放棄尾端元素Chy::allocator<T>::destroy(finish);}//清除[first ,last）內(nèi)部所有元素iterator erase(iterator first,iterator last){iterator i = copy(last,finish,first);Chy::allocator<T>::destroy(i,finish);finish = finish - (last - first);return first;}//清除某個(gè)特定位置上的元素iterator erase(iterator position){ //清除某個(gè)位置上的元素if (position+1 != end()){std::copy(position+1,finish,position); //后續(xù)元素向前移動 進(jìn)行元素的覆蓋}--finish;Chy::allocator<T>::destroy(finish);return position;}void clear(){erase(begin(),end());}

• 這一塊還不是很清晰 需要進(jìn)一步完善 insert(position,n,x)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STL源码剖析 序列式容器|Vector的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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