一、STL簡(jiǎn)介

STL提供六大組件，彼此可以組合套用：

容器
容器就是各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我就不多說(shuō)，看看下面這張圖回憶一下就好了，從實(shí)現(xiàn)角度看，STL容器是一種class template。

算法
各種常見算法，如sort，search，copy，erase等，我覺得其中比較值得學(xué)習(xí)的就是sort，next_permutation，partition，merge sort，從實(shí)現(xiàn)角度看，STL算法是一種function template。

迭代器
扮演容器與算法之間的膠合劑，是所謂的“泛型指針”。共有五種類型，從實(shí)現(xiàn)角度看，迭代器是一種將operator*，operator->，operator++，operator--等指針相關(guān)操作予以重載的class template。所有STL容器都附帶有自己專屬的迭代器，只有容器設(shè)計(jì)者才知道如何設(shè)計(jì)迭代器。原生指針也是一種迭代器。是設(shè)計(jì)模式的一種，所以被問(wèn)到了解的設(shè)計(jì)模式可以用來(lái)湊數(shù)。

仿函數(shù)
行為類函數(shù)，可作為算法的某種策略，從實(shí)現(xiàn)角度看，仿函數(shù)是一種重載了operator()的class或class template。一般函數(shù)指針可視為狹義的仿函數(shù)。

配接器
一種用來(lái)修飾容器或者仿函數(shù)或迭代器接口的東西。比如queue和stack，看著像容器，其實(shí)就是deque包了一層皮。

配置器
負(fù)責(zé)空間配置與管理。從實(shí)現(xiàn)角度看，配置器是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)空間配置、空間管理、空間釋放額class template。

二、關(guān)于容器的一些問(wèn)題

2.1 當(dāng)vector的內(nèi)存用完了，它是如何動(dòng)態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存的？它是怎么釋放內(nèi)存的？用clear可以釋放掉內(nèi)存嗎？是不是線程安全的？

vector內(nèi)存用完了，會(huì)以當(dāng)前size大小重新申請(qǐng)2*size的內(nèi)存，然后把原來(lái)的元素復(fù)制過(guò)去，把新元素插上，然后釋放原來(lái)的內(nèi)存。

一般我們釋放vector里的元素使用clear，其實(shí)它不能釋放內(nèi)存，要想釋放內(nèi)存要使用swap，這樣：

vector<type> v;

//.... 這里添加許多元素給v

//.... 這里刪除v中的許多元素

vector<type>(v).swap(v);

//此時(shí)v的容量已經(jīng)盡可能的符合其當(dāng)前包含的元素?cái)?shù)量

//對(duì)于string則可能像下面這樣

string(s).swap(s);

引用《effective stl》的第十二條：當(dāng)涉及 STL容器和線程安全性時(shí)，你可以指望一個(gè) STL庫(kù)允許多個(gè)線程同時(shí)讀一個(gè)容器，以及多個(gè)線程對(duì)不同的容器做寫入操作。你不能指望 STL庫(kù)會(huì)把你從手工同步控制中解脫出來(lái)，而且你不能依賴于任何線程支持。必須自己去寫多線程安全措施。

2.2 map是怎么實(shí)現(xiàn)的？查找的復(fù)雜度是多少？能不能邊遍歷邊插入？

紅黑樹和散列

O(logn)

不可以，map不像vector，它在對(duì)容器執(zhí)行erase操作后不會(huì)返回后一個(gè)元素的迭代器，所以不能遍歷地往后刪除。

2.3 寫多讀少應(yīng)該用什么容器？

私以為是鏈表，鏈表的插入操作時(shí)常數(shù)時(shí)間復(fù)雜度，訪問(wèn)操作是O(n)，是最適合寫多讀少的容器。

2.4 vector每次insert或erase之后，以前保存的iterator會(huì)不會(huì)失效？

理論上會(huì)失效，理論上每次insert或者erase之后，所有的迭代器就重新計(jì)算的，所以都可以看作會(huì)失效，原則上是不能使用過(guò)期的內(nèi)存
但是vector一般底層是用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，我們仔細(xì)考慮數(shù)組的特性，不難得出另一個(gè)結(jié)論，

insert時(shí)，假設(shè)insert位置在p，分兩種情況：
a) 容器還有空余空間，不重新分配內(nèi)存，那么p之前的迭代器都有效，p之后的迭代器都失效
b) 容器重新分配了內(nèi)存，那么p之后的迭代器都無(wú)效咯

erase時(shí)，假設(shè)erase位置在p，則p之前的迭代器都有效并且p指向下一個(gè)元素位置（如果之前p在尾巴上，則p指向無(wú)效尾end），p之后的迭代器都無(wú)效

2.5 hash_map和map的區(qū)別在哪里？

hash_map底層是散列的所以理論上操作的平均復(fù)雜度是常數(shù)時(shí)間，map底層是紅黑樹，理論上平均復(fù)雜度是O(logn)，下面是借鑒的網(wǎng)上的總結(jié)：
這里總結(jié)一下，選用map還是hash_map，關(guān)鍵是看關(guān)鍵字查詢操作次數(shù)，以及你所需要保證的是查詢總體時(shí)間還是單個(gè)查詢的時(shí)間。如果是要很多次操作，要求其整體效率，那么使用hash_map，平均處理時(shí)間短。如果是少數(shù)次的操作，使用 hash_map可能造成不確定的O(N)，那么使用平均處理時(shí)間相對(duì)較慢、單次處理時(shí)間恒定的map，考慮整體穩(wěn)定性應(yīng)該要高于整體效率，因?yàn)榍疤嵩诓僮鞔螖?shù)較少。如果在一次流程中，使用hash_map的少數(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)最壞情況O(N)，那么hash_map的優(yōu)勢(shì)也因此喪盡了。

2.6 為何map和set不能像vector一樣有個(gè)reserve函數(shù)來(lái)預(yù)分配數(shù)據(jù)？

map和set內(nèi)部存儲(chǔ)的已經(jīng)不是元素本身了，而是包含元素的節(jié)點(diǎn)。也就是說(shuō)map內(nèi)部使用的Alloc并不是map聲明的時(shí)候從參數(shù)中傳入的Alloc。例如：
map<int, int,="" less, Alloc?> intmap;
這時(shí)候在intmap中使用的allocator并不是Alloc, 而是通過(guò)了轉(zhuǎn)換的Alloc，具體轉(zhuǎn)換的方法時(shí)在內(nèi)部通過(guò)
Alloc::rebind重新定義了新的節(jié)點(diǎn)分配器，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)參看徹底學(xué)習(xí)STL中的Allocator。
其實(shí)你就記住一點(diǎn)，在map和set里面的分配器已經(jīng)發(fā)生了變化，reserve方法你就不要奢望了。

2.7 當(dāng)數(shù)據(jù)元素增多時(shí)（10000和20000個(gè)比較），map和set的插入和搜索速度變化如何？

算一下就知道了，首先你得知道m(xù)ap和set的底層都是紅黑樹，紅黑樹的搜索近似于二分查找，二分查找呢，平均時(shí)間復(fù)雜度是log2n,這里簡(jiǎn)寫成logn,
狂按計(jì)算器：
log(10000) = 13.3
log(20000) = 14.3
看到了不，理論上平均就多了一次，所以你懂的，插起來(lái)。。。

2.8 auto_ptr可以做vector的元素呢？為什么？

不能。因?yàn)镾TL的標(biāo)準(zhǔn)容器規(guī)定它所容納的元素必須是可以拷貝構(gòu)造和可被轉(zhuǎn)移賦值的。而auto_ptr不能，可以用shared_ptr智能指針代替。

三、關(guān)于迭代器的一些問(wèn)題

3.1 traits技術(shù)原理及應(yīng)用

這個(gè)問(wèn)題還真不知咋講，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在STL算法中用到迭代器時(shí)（肯定會(huì)用到），會(huì)用到迭代器所指之物的型別，假設(shè)算法中有必要聲明一個(gè)變量，以迭代器所指之物為型別，但是C++只支持sizeof()、并未
支持typeof()。即使typeid()，也只能獲得型別名稱，不能拿來(lái)聲明變量，所以這里就要用到作為”特性萃取機(jī)“的traits技術(shù)，當(dāng)然，要讓traits有效運(yùn)作，每個(gè)迭代器設(shè)計(jì)的時(shí)候的遵守約定，自行以內(nèi)嵌型別定義的方式定義出相應(yīng)型別。
詳情請(qǐng)看書或者移步Traits技術(shù)：類型的if-else-then(STL核心技術(shù)之一)

四、關(guān)于算法的一些問(wèn)題

4.1 快排算法的樞軸位置是怎么選擇的？

三點(diǎn)中值法，取整個(gè)序列的頭、尾、中央三個(gè)位置的元素，以其中值作為樞軸。

4.2 簡(jiǎn)單說(shuō)一下next_permutation和partition的實(shí)現(xiàn)？

next_permutation（下一個(gè)排列）
首先，從最尾端開始往前尋找兩個(gè)相鄰元素，另第一個(gè)元素為i，第二個(gè)元素為ii，且滿足i<ii。找到這樣一組相鄰元素后，再?gòu)奈捕碎_始往前檢驗(yàn)，找出第一個(gè)大于i的元素j，將i，j元素對(duì)調(diào)，再將ii之后的所有元素顛倒排列。此即所求“下一個(gè)”排列組合。

partition
令頭端迭代器first向尾部移動(dòng)，尾部迭代器last向頭部移動(dòng)。當(dāng)first所指的值大于或等于樞軸時(shí)就停下來(lái)，當(dāng)last所指的值小于或等于樞軸時(shí)也停下來(lái)，然后檢驗(yàn)兩個(gè)迭代器是否交錯(cuò)。如果first仍然在last左邊，就將連著元素互換，然后各自調(diào)整一個(gè)位置（向中央逼近），再繼續(xù)進(jìn)行相同的行為。如果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)迭代器叫錯(cuò)了，表示整個(gè)序列已經(jīng)調(diào)整完畢。

五、關(guān)于內(nèi)存配置的一些問(wèn)題

5.1 stl對(duì)于小內(nèi)存塊請(qǐng)求與釋放的處理

STL考慮到小型內(nèi)存區(qū)塊的碎片問(wèn)題，設(shè)計(jì)了雙層級(jí)配置器，第一級(jí)配置直接使用malloc()和free()；第二級(jí)配置器則視情況采用不同的策略，當(dāng)配置區(qū)大于128bytes時(shí)，直接調(diào)用第一級(jí)配置器；當(dāng)配置區(qū)塊小于128bytes時(shí)，便不借助第一級(jí)配置器，而使用一個(gè)memory pool來(lái)實(shí)現(xiàn)。究竟是使用第一級(jí)配置器還是第二級(jí)配置器，由一個(gè)宏定義來(lái)控制。SGI STL中默認(rèn)使用第二級(jí)配置器。
二級(jí)配置器會(huì)將任何小額區(qū)塊的內(nèi)存需求量上調(diào)至8的倍數(shù)，(例如需求是30bytes,則自動(dòng)調(diào)整為32bytes)，并且在它內(nèi)部會(huì)維護(hù)16個(gè)free-list， 各自管理大小分別為8， 16， 24，…，128bytes的小額區(qū)塊，這樣當(dāng)有小額內(nèi)存配置需求時(shí)，直接從對(duì)應(yīng)的free list中拔出對(duì)應(yīng)大小的內(nèi)存(8的倍數(shù))；當(dāng)客戶端歸還內(nèi)存時(shí)，將根據(jù)歸還內(nèi)存塊的大小，將需要?dú)w還的內(nèi)存插入到對(duì)應(yīng)free list的最頂端。
小結(jié)：
STL中的內(nèi)存分配器實(shí)際上是基于空閑列表(free list)的分配策略，最主要的特點(diǎn)是通過(guò)組織16個(gè)空閑列表，對(duì)小對(duì)象的分配做了優(yōu)化。
1）小對(duì)象的快速分配和釋放。當(dāng)一次性預(yù)先分配好一塊固定大小的內(nèi)存池后，對(duì)小于128字節(jié)的小塊內(nèi)存分配和釋放的操作只是一些基本的指針操作，相比于直接調(diào)用malloc/free，開銷小。
2）避免內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。零亂的內(nèi)存碎片不僅會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存空間，而且會(huì)給OS的內(nèi)存管理造成壓力。
3）盡可能最大化內(nèi)存的利用率。當(dāng)內(nèi)存池尚有的空閑區(qū)域不足以分配所需的大小時(shí)，分配算法會(huì)將其鏈入到對(duì)應(yīng)的空閑列表中，然后會(huì)嘗試從空閑列表中尋找是否有合適大小的區(qū)域，
但是，這種內(nèi)存分配器局限于STL容器中使用，并不適合一個(gè)通用的內(nèi)存分配。因?yàn)樗笤卺尫乓粋€(gè)內(nèi)存塊時(shí)，必須提供這個(gè)內(nèi)存塊的大小，以便確定回收到哪個(gè)free list中，而STL容器是知道它所需分配的對(duì)象大小的，比如上述：
stl::vector?array;
array是知道它需要分配的對(duì)象大小為sizeof(int)。一個(gè)通用的內(nèi)存分配器是不需要知道待釋放內(nèi)存的大小的，類似于free(p)。
詳情請(qǐng)看書或移步STL源碼剖析---空間配置器

六、關(guān)于線程安全的一些問(wèn)題

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《STL源码剖析》相关面试题总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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