STL源码剖析—序列容器

STL源码剖析—序列容器

对于STL中的容器，存在一定的内含关系，例如，heap内含一个vector，priority-queue内含一个hep，stack和queue都含有一个deque，set/map/multiset/multimap都内含一个RB-tree,hash_x都内含一个hashtable。

         对于序列容器来说，vector和list的插入都是在指向迭代器之前进行插入。同时需要注意的就是，对于vector来说，调用erase()函数也就是清除了几个连续空间上的元素，调用其析构函数，并没用释放原来元素占用的内存，即使clear函数也没有释放内存，而只是清除了原来vector内的所有元素。等待vector析构的时候才会将内存释放，但是这一点和list还是有区别的，对于List来说，erase也就是删除一个节点，调用clear是删除了List中的所有节点也就让List内存得到了释放。这是一点不同,last的地方。

         同时对于List来说，有一个特殊的地方就是具有transfer函数，这个函数可以迁移，将一段区间中的节点迁移到某一个节点的前面。同时transfer所接收的[first,last)区间也可以是同一个list.但是transfer并非是公开接口，list公开提供的是所谓的接合操作splice。

 

         同时list容器内部还提供了reverse()sort()  merge()函数，其实这些函数在算法库中也有提供，但是在Effective STL中也提到了,如果容器内部自定义了函数，那么最好使用容器内部的成员函数。

 

         Deque是一种双向开口的连续线性空间，可以在头尾分别做元素的插入和删除操作。Deque允许在常数时间内对起头端进行元素的插入或移除操作。Deque没有容量的概念，因为他是动态地以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接起来。像vector那样因为空间不足而重新配置一块更大空间，然后复制元素，再释放旧空间这样的事情在deque中是不会发生的。Deque也提供random access iterator，但是他的迭代器不是普通指针，对deque进行排序操作，为了提高效率，可将deque先完整复制到一个vector身上，将vector排序后，在复制回deque.

 

         要明白vector扩充容量的代价是很大的，需要申请更大的空间，倒腾数据，销毁原始数据。Deque由一段一段的定量连续空间构成，一旦有必要在deque的前端或尾端增加新空间，便配置一段定量连续空间，串联在整个deque的头部或尾部。要明白deque对外提供的是和vector一样的迭代器类型，所以在内部是很麻烦的。Deque内部是一个指针数组，元素是一段联系的内存。其实deque对外的封装所有的操作都是和vector类似的，只不过内部操作很复杂。Deque中的clear函数也是只有一个缓冲区，所有的数据全部被销毁，回到了deque的最初状态。

 

         Stack并不被成为容器，更像是配接器，stack所有元素的进出都必须符合“先进先出”的条件，只有stack顶端的元素，才有机会呗外界取用。默认情况下stack底层使用deque来实现的。Stack提供底层实现机制的入口，默认是使用deque

 

         Queue是先进先出的数据结构。默认情况下queue是使用deque最为底层结构的。其实使用list也可以作为queue和stack的底层结构。Queue和stack都不算作容器而是配接器类型。底层默认都是使用deuque

 

         Heap不是STL组件，但是是priorityqueue的助手。

如果使用二叉查找树最为优先级队列的底层机制，元素的插入和删除就是Log的级别，显得小题大做，因为二叉查找树的输入需要随机性，并且不容易实现，最后优先级队列的底层实现选择完全二叉树，也就是二叉堆。同时完全二叉树的存储右可以使用数组。这么一来，一个数组和一组heap算法来插入元素、删除元素，取极值，将一数组排列成一个heap，最后也即是使用了最大堆或者最小堆来实现了优先级队列，里面使用了heap的算法操作。存储就使用vector。关于heap的算法有push_heap pop_heap sort_heap make_heap 只有这四个函数。

         但是这四个函数在构造优先级队列时非常重要。优先级队列底层默认是使用vector存储元素，但是使用的是heap系类的函数来处理存储的数据的。对外封装的函数有

构造函数priority_queue  empty() push() pop() top()  默认使用的最大堆。

 

STL中的默认链表是个双向链表list，同时还提供了一个单向链表slist.slist和list的主要差别是前者的迭代器是单向的forward iteratro后者是双向的bidirectional iterator 他们的插入移除接合等操作并不会造成原有的迭代器失效。有一点提醒一下，对于插入vector和list都是将元素插入到指定迭代器前面。但是对于slist来说有点困难。必须从头找，所以除了slist起点外附近的区域之外，其他位置上采用insert或erase操作函数都不合适。Slist提供了Insert_after()和erase_after()。

但是要注意，这里实现的slist，和内核实现的思想是一样的。忘记说一点，STL中的list是带有头结点的双向链表，对于链式存储（包括deque）在调用clear函数后就销毁了所有的内存，对于list还实现了swap函数。还提供了push_front() pop_front().

Slist也是有头结点的begin()返回的是head的next指针。

 

总结：对于序列容器，STL中实现了几种标准的容器，同时还实现了几个配接器，容器有vector list deque slist(非标准) 配接器有stack  queue priority_queue

Vector就是连续的内存空间list就是双向链表，deque比较复杂，但是stack 和queue默认都是deque来实现的。Priority_queue存储元素虽说使用的是vector，但是相应的操作都是和heap相关的。

对于函数来说，比较特殊的就是list，因为他的特殊性，他内部实现了很多本来算法库就有的函数，比如sort merge remove。注意deque list slist的clear函数不同寻常