《STL源码剖析》学习--六大组件

stl 提供了六大组件，分别为：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器和配置器。

容器通过配置器取得数据存储空间，算法通过迭代器存取容器的内容，仿函数可以协助算法完成不同的策略，配接器可以修饰或者嵌套仿函数。

下面分别简单介绍：

1.容器（container) --  各种数据结构

根据数据排列方式分为序列式和关联式：

1.1序列式容器

（1）vector：与C++提供的静态空间Array相比，vector是动态空间。连续空间，支持随机存取，迭代器是普通指针。动态增加大小，不是在原空间后面续接新空间，而是以原来两倍的大小另外开辟空间，然后将原来内容拷贝过来，再在之后添加新元素，释放空间，一个“配置新空间，数据移动，释放旧空间”的过程，因此插入元素不一定是常数时间。当配置新空间后，原来迭代器失效。vector不适用于插入删除频繁或者数据量很大的运算，会不停的开辟新空间，释放空间。

单项开口，只能一端插入删除元素。

（2）list：双向链表，不支持随机存取，非连续空间，对于任何位置插入或者移除元素都是常数时间。当插入或者删除元素时，除此元素外迭代器不失效。

双向开口，前后端都可以插入删除元素。

提供transfer迁移操作，可以将连续范围的元素迁移到某个特定位置之前，这是节点之间的移动；

提供splice接合操作，将某连续范围的元素从一个list移动到另一个list的某个定点；

还有merge、reverse和sort操作。

（3）deque ：连续线性空间，随机存取，双向开口，双端插入删除，允许常数时间内对头端进行元素的插入删除。动态地以分段连续空间组合而成，因而没有预留空间，随时可以增加一段新空间并连接起来。deque的随机存取的代价很大：具有map作为主控，map是一小块连续空间，其中每个元素指向另一端较大的连续空间（缓冲区）；具有复杂的迭代器架构，维护两个迭代器，start和finish，分别指向缓冲区的第一个元素和最后缓冲区的最后一个元素。当插入删除元素时还包括map的分配更新，缓冲区的分配，迭代器的更新。

（4）stack ：一种配接器，底层是deque，通过改变接口，来实现“后进先出”，不允许遍历，没有迭代器。

（5）queue ：跟stack一样是一种配接器，底层是deque，先进先出，不允许遍历，没有迭代器。

（6）heap：不属于stl，有大堆和小堆之分，根据完全二叉树堆排序算法来保持一个大堆或者小堆，从而可以每次取得优先权最高的的元素。heap所有元素都必须遵循特别的排序规则，不提供遍历功能，没有迭代器。

（7）priority_queue ：也是一种配接器，底层是vector，再加上heap排序规则，修改接口，实现自动排序，权值高的在前，只能取走顶端元素，没有迭代器。

（8）slist：和list类似，只是是单向链表，只有forward iterator，处于效率的考虑，针对此提供了insert_after()和erase_after()。只提供pop_front()，元素次序和插入次序相反。

1.2 关联式容器：

（1）RB-tree：即红黑树，stl不公开，红黑树是一种平衡二叉树，置于红黑树的计算过程不做介绍，可参考《算法导论》13章红黑树。这种结构对于数据搜索效率很高，时间复杂度O(lgN)。

（2）set ：根据元素键值（也是实值）自动排序，不允许键值重复，底层是红黑树。

（3）map ：根据元素键值（第一元素）自动排序，不允许键值重复，底层是红黑树。

（4）multiset： 与set相同，只是允许键值重复。

（5）hashtable： 使用映射的方式将元素映射为大小可接受的索引。解决碰撞简单的有线性探测，但是容易造成主集团；引出二次探测，可能引发次集团；还有一种方法开链，在每个表格元素中维护一个list，sgi stl中采用这种方法。

（6）hash_set：类似于set ，底层机制为hashtable，因为hashtable没有排序，hash_set 没有自动排序。

（7）hash_map：类似于map，只是底层机制为hashtable，同样没有自动排序。

（8）hash_multiset：类似于multiset，允许键值重复，没有排序。

（9）hash_multimap：类似于multimap，底层机制为hashtable，允许键值重复，没有排序。

2.算法（alogrithm)-- 各种算法

这里不做具体介绍，都是高效的算法，需要自己研究。

3.迭代器（iterator)-- 容器和算法之间的胶合剂，所有容器都有自己专属的迭代器。

（1）注意迭代器实现中traits编程手法的实现。详细可见traits

（2）迭代器有五种型别：Input、Output、Forward、Bidirectional和Random Iterator。

4.仿函数（functor)-- 类似函数的东西，作为算法的一种策略。

具体见可能令你困惑的C++语法中最后的仿函数。

5.配接器 （adapter) -- 用来修饰容器、仿函数或者迭代器接口的东西，使原本不能在一起工作的能工作在一起。

在《设计模式》一书中有此设计模式，定义为：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，可以一起运行。

stl中的配接器有：container、iterator和functor。containeradapters 有stack和queue，底层都是deque；iterator adapters有insert 、reverse 和stream；function adapters有对返回值进行否定的not1和not2、对参数进行绑定的bind1st和bind2nd、用于函数合成的compose1和compose2、用于函数指针ptr_fun、用于成员函数指针mem_fun和mem_fun_ref。

6.配置器 (allocator) -- 负责空间的配置和管理

（1）容器缺省的配置器为alloc，而非allocator。

（2）stl 将内存空间的配置/释放和对象内容的构造/析构分开，由不同操作负责。内存配置操作由alloc:;alllocate()负责，内存释放由alloc::deallocate()负责；对象构造由::construct()负责，对象析构由::destroy()负责。

destroy()有两个版本，第一个版本直接调用对象的析构函数；第二个版本，如果对象的析构是无关痛痒的（其__type_traits<T>是true），则什么也不做，否则，调用第一个版本。

（3）内存空间采用双层级配置器。第一级使用malloc()和free()，第二级则视不同的情况采取不同的策略，当配置区域块超过128bytes时，调用第一级配置器；当配置区域小于128byte时，采用memory pool整理方式。因为在小额区太多时，配置时负担也重，所以在小区域时用的策略也多。

（4）二级配置器，主动将小额区块的内存需求上调至8的倍数，并维护16个freelists，各自管理大小分别为8、16、24、32…128bytes的小额区块。