读书笔记

前面有几篇文章的图片是用截图复制，粘贴过来的，结果发布直接没了。。好坑。

第一章 STL概论与版本简介

STL 六大组件

1：容器（vector,map，etc）STL容器是一种class template

2：算法：sort，search，srase。STL算法是一种function template

3：迭代器：扮演容器和算法的胶合剂。是一种class template

4：仿函数(functors)：行为类似函数，是一种重载了operator的class或class template

5：配接器(adapters)：一种用来修饰容器，或者仿函数或迭代器接口的东西

6：配置器（allocators）：负责空间配置与管理，是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class template

第二章 空间配置器

trivial destructor相关（点击打开链接）

如果用户不定义析构函数，而是用系统自带的，则说明，析构函数基本没有什么用（但默认会被调用）我们称之为trivial destructor。反之，如果特定定义了析构函数，则说明需要在释放空间之前做一些事情，则这个析构函数称为non-trivial destructor。如果某个类中只有基本类型的话是没有必要调用析构函数的，delelte p的时候基本不会产生析构代码，

在C++的类中如果只有基本的数据类型，也就不需要写显式的析构函数，即用默认析构函数就够用了，但是如果类中有个指向其他类的指针，并且在构造时候分配了新的空间，则在析构函数中必须显式释放这块空间，否则会产生内存泄露，

construct:在已经分配空间的地方上构造

destroy:析构函数

在STL中空间配置时候destory（）函数会判断要释放的迭代器的指向的对象有没有 trivial destructor（STL中有一个 has_trivial_destructor函数，很容易实现检测）放，如果有trivial destructor则什么都不做，如果没有即需要执行一些操作，则执行真正的destory函数。

C++ placement new :在已有的内存块上面创建对象。用于需要反复创建并删除的对象上，可以降低分配释放内存的性能消耗

而alloc的原理是：

C++ new handler机制是，你可以要求系统在内存配置需求无法被满足时，调用一个你所指定的函数。

现在看了第二章，我算是基本明白他的原理了，还有原因再看看，然后分这两部分讲一下，书上也有

空间配置器的目的，就是为了给各种类，变量，制造一个内存空间（不初始化），然后这个SGI设计这个功能的宗旨是这4个：1）向system heap要求空间 2）考虑多线程3)考虑内存不足时的应变措施4)考虑过多小型区块可能造成的内存碎片问题。

然后对于空间配置，无非两个问题，分配和回收。

先说分配空间，SGI是双层级配置器（这个是针对（4））考虑的，小额区块带来的不仅仅是内存碎片，配置时的额外负担也是问题。这个的图为：

意思就是，假如需要的空间大于128byte，则用第一级，而第一级就是直接用malloc和free（因为大）。

假如小鱼128bytes,则会用第二级，第二级的设计是个比较有趣的东西，采用的是内存池管理。

首选看一个图：

第二级，主要是维护这么个东西，#0表示，我维护的都是大小为8的内存块，#1为16，依次类推，直到128byte。

任何的请求，不是8的倍数，会上调到8的倍数，这样就可以用free_list去分配。其中以#0为例，他维护的结构如图所示：

#0就是图里free-list，然后各个内存块之间是用指针指向，每一个长条的数据结构为：

通过union公用，节省空间。另外，free-list是怎么来的呢，是由内存池给他的，这个怎么理解呢，按照书本的比喻，内存池好比一个水缸，会有一定量的水，free-list会向水缸请求水，例如请求8*20,64*20,这样的方式，假如水池水足够，就给free-style，假如不够，要是我能给你几个8或者64，我就给尽量多，比如给8*8，给64*1；假如1个都给不了，水缸和水龙头（堆heap，满足1）说，放水放水（一般是需求的2倍，例如，需要8*20，则分配8*40给水缸），然后再给free-list。

数据结构有了，我们就开始描述一个具体场景，并分析做法（有些是自己理解的做法，或许不正确）

现在我们申请了一个vector<double> xx(10)，假如需要8*10个空间（vector应该不是这么算空间的，这里是假设），然后先去看free-list的#0，有没有足够的8，没有，就通过chunk_alloc()函数去向内存池要，内存池此时要是有，就直接给了，否则，会向上面描述的一样处理。

然后这个这个vector用完了，需要释放了，调用deallocate函数，这个函数就是回收空间

具体做法是，如图：

关键是q->free_list_link = * my_free_list和下一句；相当于把这个空间重新放入#0的空间里，通过指针在连起来

特例：heap都不够，怎么办，第二级找不到，会直接改到第一级，然后再不行，会有bad_alloc异常。

STL有5个全局函数，作用于未初始化空间上。其中两个就是construct和destroy;另外三个是uninitialized_copy(),uninitialized_fill()uninitialized_fill_n()。

uninitialized_copy()：

假如实现一个容器，1：配置内存区块，足以包含范围内的所有元素 2：使用uninitialized_copy()，在该内存区块上构造元素；

uninitialized_fill():

uninitialized_fill_n();

POD:标量型别或传统的C struct型别。必然有析构，构造，copy，operator = 等。对POD采取最有效的初值填写算法。（一个聚合体，他的非static成员都不是 pointer to class member，pointer to class member function、非POD结构、非POD联合，以及这些类型的数组、引用、const）

对POD型别，采用最有效率的复制手法，而对non-POD型别采取最保险安全的做法。

第三章：迭代器的设计思维-STL关键所在

23种设计模式。。

iterator：提供一种方法，使之能够依序巡防某个聚合物（容器）所含的各个元素，而又无需暴露该聚合物的内部表达方式。

STL的中心思想是：将数据容器和算法分开，彼此独立设计，最后再以一种胶着剂将他们撮合在一起。

迭代器是一种smart pointer，指针的主要目的就是内容提领和成员访问。因此迭代器最重要的是事先operator *和

operator ->

假如采用一般的指针（或者智能指针）去作为迭代器的内核，不得不暴露容器的信息（其实按我的理解，例如你指针++，假如是顺序的，得知道容器每个元素占的空间，假如是链式的，就得用到next）

stl说C++只支持sizeof，不支持typeof，那是不是，如今的auto，decltype就是为了这个设计的。书本的stl用 function template 解决这个问题，本质就是函数里有I iter,但是我要*I，不能用*I，会报错，只能再传一个变量过来，传*iter,然后就可以 T tmp了：

他大量的设计都是为了萃取，因为C++语法的一些约束，导致无法识别类型，识别了类，也有可能是原生数据，因此需要进行全部类型的考虑，原生数据不能用上面的办法，因为（原生指针并不是一种类类型，它是无法定义内嵌类型的），然后得用模板偏特化（这个我其实并没见过之前。）

但是C++11不是有了 decltype了么，这个反射机制，应该可以简化工作，我找了找，果然发现一篇写这个的：

点击打开链接，当然，其STL的思想还是需要领会的。

traits萃取器：最长需要萃取得到的：iterator_category;value_type;difference_type;poingter;reference;

迭代器的类型：只读；唯写；forward iterator(读写），bidirectional iterator：可双向移动。Randdom Access iterator：涵盖所有算数能力

设计算法时，如果可能，尽可能对图中的确定种类的迭代器，提供一个做法，对更强化的，提供另一种，这样才能效率最大化。

书中以advanced()函数为例，介绍了不同类型的迭代器，进行advance的具体做法。然后希望在编译的时候就确定，用哪个做法，这个就牵扯到重载。

任何一个迭代器，其类型永远应该落在“该迭代器所隶属之各种类型中”，最强化的那个。就是上图中最下面

std::iterator的保证

为了符合规范，任何迭代器都应该提供五个内嵌相应相应型别，以利于traits萃取。

traits编程技法，利用“内嵌型别”的编程技巧与编译器的template参数推到功能：目的是体用，型别认证（如今有了其他办法）

而SGI里面有__type_traits。双底线前缀词意指这是SGI，STL内部的东西。

第三章 序列式容器

先是vector；看看他几个重要函数的源码：

其实理解的难度都不打，第一个，push_back，假如还有空间，则执行全局的construct函数，finish增加，假如不够了，则代用自身的一个函数，应该是要扩容，复制在添加的。

erase函数，其实也很简单，先看是不是最后一个，假如是最后一个，不用执行copy全局函数，直接finsh--，然后destroy就行了，假如不是，则要copy，再执行。

vector是连续空间，普通指针也可以满足全部条件，因此他的迭代器类型是random access iterators.vector还是比较简单的。

list：精准控制元素空间，list的本质是一个双向链表。list的迭代器必须有能力指向list的节点，list提供的Bidirectional Iterators，他的插入和结合操作，都不会使用来的迭代器失效。

注：STL有“前闭后开”区间的要求，意思就是begin()是第一个数，end()是最后一个数的后面，即无效数；

为啥前闭后开，例如假如是双闭，那写循环的时候，得是<=这种，这对迭代器要求有点高（例如list），所以循环采用！(参考知乎的回答）

deque：双端队列，deque竟然也是一种双向开口的连续线性空间。deque提供random access itraator。迭代器比vector复杂。除非必要，尽可能选择vector。

deque系由一段一段的定量连续空间构成，deque最大任务，便是在这些分段的定量连续空间上，维护其整体连续的假象，一图表明

deque的迭代器是这样的结构：

因为缓冲区的buffer长度是一样的，因此，可以实现随机存储，可以算。

push_back就是看，这个空间还要嘛，有的话，直接构造到这个区域，没有就得新多一个缓冲区

他还能支持双端操作，因此每个操作都要考虑是否在缓冲区内，在怎么处理，不在怎么处理。

deque的最初状态，保有一个缓冲区。

stack：deque很容易实现，默认，stack就是用deque实现的。stack系以底部容器完成其所有工作，而具有这种“修改某物接口，形成另一种风貌”，称之为adapter(配接器).stack不提供迭代器。list也有双向开口的容器，也能实现stack功能。

queue：先进先出，deque可以做到，queue也没有迭代器，且list也可以做到。

heap：并不归属STL容器组件，但是他是个幕后英雄，扮演proiority queue（这个结构貌似是当时腾讯实习生面试的题目，让我实现这个，底层数据结构用啥，我用的是链表，然后push的时候，数据就找准自己的位置，后来又衍生了题目，好像是如何提供find函数，等等。。原来都是已经有的东西。。。。让我看看实际怎么处理的吧）的助手。binary max heap（原来就是最大堆啊。。我日）具有特性：以任意词语推入容器，然后取出，一定是优先级最高的。

书本说的没错，我那种办法效率不行，一开始得遍历找到位置。有一种做法是用二查搜索树（当时实习的时候还不知道这个玩意），这样，插入是取值有logN的表现，但是有点小题大做。

binary heap就是一种complete binary tree，然后用array存，父结点必定是i/2,其左子节点必定是2i,右是2i+1（其实在堆排里面就是如此，尼玛，heap就是堆）.array可以轻易实现complete binary tree，这叫隐式表述法。

heap没有迭代器

第五章 关联式容器

标准的STL关联式容器分为set和map两大类。还有multiset,multimap，其底层都是红黑树

只有，unordered_map,和unordered_set的底层都是哈希表（hashtable）C++11，这本stl没说。

先是有，二叉搜索树，左子树的所有节点都比根节点小。右子树xxx

但是要是数据进来的很顺序，就会退化链表，如图：

AVL tree，要求任何节点的左右字数高度不超过1。

插入可能破坏性质，因此要采用单旋转的方式，总共4中情况：

对于外侧插入情况，直接采取，单旋转即可。对于左上图的情况。把14提上去，14的右边就作为18的左子树：如图：

但是对于，右上图的情况，单旋转就不行了，得作双旋转，因为左边的左子树有较多节点，因此，先转，把左子树的右子树的节点变少，然后再和上面的单旋转一样：

RB-tree（红黑树）

1每个节点不是红色就是黑色

2根节点是黑色

3如果节点为红，子节点必须为黑

4任何一个节点至NULL（树尾端）的任何路径，所含黑节点数必须相同。

根据规则4，新增的节点必须是红，根据3，其父节点必须是黑，不满足就得旋转。

真正的情况分类，太复杂了。。。

set：所有元素根据键值自动被排列。而且不允许有相同的值

set的迭代器是不允许修改set元素值，会严重破坏set组织。iterator 是一种 constant iterators。删除和新增，不会使原来的迭代器失效（是因为，树以节点的形式存着，树的样子虽然在变，但是也是指针指向内容在变）

对于关联容器，应该使用容器提供的find，因为STL算法里的find，是按照顺序的。

map:也会根据元素的键值自动被排序。map不能修改键值，但是能修改value.

俩者不能重复，实现的机制是，RB-tree里的insert_unique;首先先查找，是否有对应的值，有的话就不插入了。真正插入的函数是__insert();

本来想谈谈map和set的区别，但是他的底层几乎一样，没啥区别可言了。。

hashtable:这种结构在插入、删除、搜寻等操作上具有“常数平局时间”

hash function：散列函数，最终要的东西，就是映射函数，问题是，会有碰撞问题。解决方法

线性探测：hash function算出来的已经被用了，则向下寻找，找完了去上面找，直到找到位置。

二次探测：线性是探测H+1，H+2，二次探测是探测H+1,H+4,H+9（好像假如表格大小为质数，且负载系数在0.5以下，探测次数不超过2，真tm的都行。。）

开链：就是拉链法。

第六章 算法（略看）

STL算法都作用在由迭代器所标示上。所谓“质变算法”，就是运算过程中会更改区间内的元素内容。例如，拷贝，互换，填写，删除，排列，分割，等等。质变算法，通常提供两个版本，一个是in-place;一个是copy版。

例如power算法，其实就不是一个个乘上去，而是类似于2分的感觉去处理，减少次数。

牛逼的copy算法（就是要效率好）：

看源码，是因为很多算法，这里都有吧，比如经典的partition.

第七章 仿函数（略看）

一个class，里面定义了operator ()

第八章 配接器（略看）

将一个class的接口转换为另一个class的接口，使原本因接口不兼容而不能合作的classes，可以一起运作。。

应用于容器，就是 queue和stack。

应用于迭代器L就比如，insert iterators，reverse iterators，iostream iterators。