STL源码分析(总结)

STL六大组件

容器（containers）：是一种class template，里面包含各种数据结构。
算法（algorithms）：是一种function template，里面包含各种算法。
迭代器（iterators）：是所谓的泛型指针，每个容器都有自己的专属的迭代器，知道如何遍历自己的元素。
仿函数（functors）：是一种重载了operator()的class或class template，可作为算法的某种策略。
配接器（adapters）：是一种用来修饰容器或仿函数或迭代器接口的东西。
配置器（allocators）：是一个实现了动态空间配置，空间管理，空间释放的class template，负责空间配置与管理。

空间配置器

构造

分配新的空间
在新空间上构造对象

template <class T>
inline T* _allocate(...) {
    ...
    T* tmp = (T*)(::operate new((size_t)(size * sizeof(T))));
    ...
}

template <class T1, class T2>
inline void _construct(T1* p, const T2& value) {
    new(p) T1(value);   //placement new.
}

operator new
（1）只分配所要求的空间，不调用相关对象的构造函数。当无法满足所要求分配的空间时，则
->如果有new_handler，则调用new_handler，否则
->如果没要求不抛出异常（以nothrow参数表达），则执行bad_alloc异常，否则
->返回0
（2）可以被重载
（3）重载时，返回类型必须声明为void*
（4）重载时，第一个参数类型必须为表达要求分配空间的大小（字节），类型为size_t
（5）重载时，可以带其它参数

Placement new

placement new 是重载operator new 的一个标准、全局的版本，它不能够被自定义的版本代替（不像普通版本的operator new和operator delete能够被替换）。

对象的分配

在已分配的缓存区调用placement new来构造一个对象。
Task *ptask = new (buf) Task

SGI中的空间配置与释放（std::alloc）

SGI设计哲学：
- 向system heap要求空间
- 考虑多线程状态
- 考虑内存不足时的应变措施
- 考虑过多“小型区块”可能造成的碎片问题

内存分配中使用::operator new()与::operator delete()分配与释放相当于molloc()与free().

考虑第四点设计了双层配置器，第一层直接调用malloc()和free().
配置内存小于128bytes时，使用第二级配置器：
使用16个自由链表负责16种小型区块的次级配置能力。如果内存不足转一级配置器。

8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 128

迭代器

迭代器类似于一种智能指针，比较重要的行为有内容提领和成员访问。

迭代器相应型别

为了让迭代器适应不同种类的容器即泛化，需利用function template的参数推导机制推导型别。

偏特化：如果class template拥有一个以上的template参数，我们可以针对其中某个template参数进行特化工作（我们可以在泛化设计中提供一个特化版本）。

trans编程技法

声明内嵌型别推导函数返回值：

template <class T>
struct MyIter {
    typedef T value_type;   //内嵌型别
    T* ptr;
    MyIter(T* p=0) : ptr(p) {}
    T& operator*() const { return *ptr; }
    //...
}

template <class I>
typename I::value_type  //这一整行是func的返回值型别
func(I ite) {
    return *ite;
}

MyIter<int> ite(new int(8));
cout << func(ite);

萃取型别：

template <class I>
struct iterator_traits {
    typedef typename I::value_type value_type;
}

template <class I>
typename iterator_traits<I>::value_type //函数返回型别
func(I ite) {
    return *ite;
}

//萃取原生指针,偏特化版本
template <class T>
struct iterator_traits<T*> {
    typedef T value_type;
};

STL根据经验，定义了迭代器最常用到的五种类型：value_type、difference_type、pointer、reference、iterator_category，任何开发者如果想将自己开发的容器与STL结合在一起，就一定要为自己开发的容器的迭代器定义这五种类型，这样都可以通过统一接口iterator_traits萃取出相应的类型，下面列出STL中iterator_traits的完整定义：

tempalte<typename I>
struct iterator_traits
{
    typedef typename I::iterator_category iterator_category;
    typedef typename I::value_type value_type;
    typedef typeanme I:difference_type difference_type;
    typedef typename I::pointer pointer;
    typedef typename I::reference reference;
};

重点提一下iterator_category：
根据移动特性与施行操作，迭代器被分为五类：

Input Iterator:只读
Output Iterator:只写
Forward Iterator:允许“写入型”算法（例如replace()）在此种迭代器所形成的区间上进行读写操作。
Bidirectional Iterator:可双向移动。
Random Access Iterator:前四种迭代器都只供应一部分指针算术能力（前三种支持 operator++，第四种再加上operator–），第五种则涵盖所有指针算术能力，包括p+n, p-n, p[n], p1-p2, p1

序列式容器

序列式容器.jpg-7.5kB
元素可序但未必有序

vector

vector底层为动态数组，分配策略为：

如果vector原大小为0，则配置1，也即一个元素的大小。
如果原大小不为0，则配置原大小的两倍。

当然，vector的每种实现都可以自由地选择自己的内存分配策略，分配多少内存取决于其实现方式，不同的库采用不同的分配策略。
当以两倍空间增长时之前分配的内存空间不可能被使用，这样对于缓存并不友好。
相关连接：https://www.zhihu.com/question/36538542

vector的迭代器
使用vector迭代器时要时刻注意vector是否发生了扩容，一旦扩容引起了空间重新配置，指向原vector的所有迭代器都将失效。

vector维护的是一个连续线性空间，与数组array一样，所以无论其元素型别为何，普通指针都可以作为vector的迭代器而满足所有必要的条件。vector所需要的迭代器操作，包括operator*,operator->,operator++,operator–,operator+=,operator-=等，普通指针都具有。

vector提供了Random Access Iterators。

vector的数据结构
vector底层为连续线性空间
此处输入图片的描述

list

list容器完成的功能实际上和数据结构中的双向链表是极其相似的，list中的数据元素是通过链表指针串连成逻辑意义上的线性表

对于迭代器，只能通过“++”或“–”操作将迭代器移动到后继/前驱节点元素处，而不能对迭代器进行+n或-n的操作。增加任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时，除了指向当前被删除元素的迭代器外，其它迭代器都不会失效。