STL源码笔记(10)—序列式容器之list
来源:互联网 发布:南京大数据公司有哪些 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 00:08
STL源码笔记(10)—序列式容器之list
STL中的list容器本质上来说就是一个双向链表,可以高效的完成插入删除等,所以它的源码中与数据结构中的双向链表差不多,在STL源码中list是一个模板类,以封装一些操作。
list数据结构
我们知道链表的节点分为数据域和指针域,对于双向链表来说,其指针域包含额外的指向上一个节点的指针,在STL源码stl_list.h
中,用了继承的方法来表示:
struct _List_node_base { _List_node_base* _M_next; _List_node_base* _M_prev;};template <class _Tp>struct _List_node : public _List_node_base { _Tp _M_data;};template <class _Tp, class _Alloc>class _List_base {//...protected: _List_node<_Tp>* _M_node;//双向链表维护的指针//...};//在class list中,用typedef做了进一步修饰template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >class list : protected _List_base<_Tp, _Alloc> {//... typedef _List_node<_Tp> _Node;//...};
书中提到SGI list不仅是一个双向链表,还是一个环状的双向链表,为了保证STL容器前闭后开的一致性,这里可以在尾部插入一个空白节点,而list(事实上是在其父类定义的_List_node<_Tp>* _M_node;
)维护的双向链表的“头指针”,就指向这个空白节点,由于在该双向链表是一个环,于是就有了:
template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >class list : protected _List_base<_Tp, _Alloc> {public: iterator begin() { return (_Node*)(_M_node->_M_next); } const_iterator begin() const { return (_Node*)(_M_node->_M_next); } //这里end()实际上返回的是空白节点,也就是最后一个节点的后一个位置, //就满足了前闭后开的原则 iterator end() { return _M_node; } const_iterator end() const { return _M_node; }};
根据此可以容易获取链表的某些属性:
//当只剩下一个“刻意的”空节点时list为空bool empty() const { return _M_node->_M_next == _M_node; }//distance返回迭代器之间的距离size_type size() const { size_type __result = 0; distance(begin(), end(), __result); return __result;}
关于上述distance函数,书中仅仅简单一个全局函数,在第3章迭代器萃取的时候,以advance为示例,而distance函数与advance在同一个文件中stl_iterator_base.h
,都是根据不同的iterator_category(迭代器类型),来选择不同的重载版本:这里根据链表的特性(不支持随机元素访问),应该选择:
template <class _InputIterator, class _Distance>inline void __distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Distance& __n, input_iterator_tag){ while (__first != __last) { ++__first; ++__n; }}
list的构造与内存管理
书中给出4list-test.cpp
从中可以大概看到list的某些机制,比如查找,插入,删除等,这些机制都是基于链表的一些操作,而对于链表这种数据结构来说,其内存管理(以插入为例),每次创建的节点都是一次内存分配的过程,这里就与空间配置器相关了:
typedef simple_alloc<_List_node<_Tp>, _Alloc> _Alloc_type;_List_node<_Tp>* _M_get_node() { return _Alloc_type::allocate(1); }//申请void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); }//释放
初始化时,会生成一个节点其next和prev指针都指向自己,在书中对其进行了简化(仅仅是链表操作),在源码中实际用到了继承的内容:
template <class _Tp, class _Alloc>class _List_base //基类{public: typedef _Alloc allocator_type; _List_base(const allocator_type&) {//链表操作 _M_node = _M_get_node(); _M_node->_M_next = _M_node; _M_node->_M_prev = _M_node; }};template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >class list : protected _List_base<_Tp, _Alloc> {//子类 typedef _List_base<_Tp, _Alloc> _Base; typedef typename _Base::allocator_type allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return _Base::get_allocator(); }public://allocator_type()只是一个临时对象//使用基类的构造函数 explicit list(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}};
list元素操作
即链表操作,插入,删除等。
void push_front(const _Tp& __x) { insert(begin(), __x); }//向前插入void push_back(const _Tp& __x) { insert(end(), __x); }//向后插入iterator erase(iterator __position) {//删除指定元素 _List_node_base* __next_node = __position._M_node->_M_next; _List_node_base* __prev_node = __position._M_node->_M_prev; _Node* __n = (_Node*) __position._M_node; __prev_node->_M_next = __next_node; __next_node->_M_prev = __prev_node; _Destroy(&__n->_M_data); _M_put_node(__n); return iterator((_Node*) __next_node); }//erase删除范围元素template <class _Tp, class _Alloc>typename list<_Tp,_Alloc>::iterator list<_Tp, _Alloc>::erase(iterator __first, iterator __last){ while (__first != __last) erase(__first++); return __last;}
类似的还有很多比如pop_front()、pop_back()
等等,都是简单的链表操作,不过书中提到一个很重要的操作叫transfer()
,作用就是将特定范围的元素移动到position
之前,说白了也是链表操作,只是看起来比较吃力。这个transfer作为内部的函数,为splice、sort、merge等奠定了良好的基础。
//将特定范围的元素移动到__position之前void transfer(iterator __position, iterator __first, iterator __last) { if (__position != __last) { // Remove [first, last) from its old position. __last._M_node->_M_prev->_M_next = __position._M_node; __first._M_node->_M_prev->_M_next = __last._M_node; __position._M_node->_M_prev->_M_next = __first._M_node; // Splice(接合) [first, last) into its new position. _List_node_base* __tmp = __position._M_node->_M_prev; __position._M_node->_M_prev = __last._M_node->_M_prev; __last._M_node->_M_prev = __first._M_node->_M_prev; __first._M_node->_M_prev = __tmp; } }
图示:
在看刚刚提到的splice、sort、merge等操作就简洁不少:
splice
//版本1:将整个链表接在__position之前 void splice(iterator __position, list& __x) { if (!__x.empty()) this->transfer(__position, __x.begin(), __x.end()); } //版本2:将__i指向的元素接合到__position之前 void splice(iterator __position, list&, iterator __i) { iterator __j = __i; ++__j; if (__position == __i || __position == __j) return; this->transfer(__position, __i, __j); } //版本3:将first last范围的元素接合到position之前 //position不能位于[fisrt,last)内 void splice(iterator __position, list&, iterator __first, iterator __last) { if (__first != __last) this->transfer(__position, __first, __last); }
merge
//将两个有序序列合并到*this上template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::merge(list<_Tp, _Alloc>& __x){ iterator __first1 = begin(); iterator __last1 = end(); iterator __first2 = __x.begin(); iterator __last2 = __x.end(); while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2) if (*__first2 < *__first1) { iterator __next = __first2; transfer(__first1, __first2, ++__next); __first2 = __next; } else ++__first1; if (__first2 != __last2) transfer(__last1, __first2, __last2);}
sort
//list容器不能使用泛型算法sort(),因为list作为链表不支持随机存取,//因此,list只能使用自己的sort,这里书中说的是quick sort,开始以为是非递归的快排,//在VS下面单步了一下,更觉得像两两归并,大致的过程就是每次从原list里面取出一个元素,//放到carry里面,这个counter数组用来保存有序lists(这些list的size可能不同也可能相同),//并且counter数组中包含元素多的有序list总是往数组后面移动,来给原list中后取出的元素腾出合并的位置。//而carry更像是一个用来交换的临时list,先是存放新取出来的元素,//然后跟counter中的list换进换出进行两两合并。//最后当原list中所有的元素都被取出来以后(跳出while循环),//要将counter中临时的有序序列merge成一个有序序列,//最后再将有序序列swap返回给当前list(即调用sort()函数的list本身也就是*this)template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::sort(){ // Do nothing if the list has length 0 or 1. if (_M_node->_M_next != _M_node && _M_node->_M_next->_M_next != _M_node) { list<_Tp, _Alloc> __carry; list<_Tp, _Alloc> __counter[64]; int __fill = 0; while (!empty()) { __carry.splice(__carry.begin(), *this, begin());//取出一个元素 int __i = 0; while(__i < __fill && !__counter[__i].empty()) { __counter[__i].merge(__carry);//归并 __carry.swap(__counter[__i++]);//换出去的目的是为了给后面的元素腾出位置 } __carry.swap(__counter[__i]); if (__i == __fill) ++__fill; } for (int __i = 1; __i < __fill; ++__i) __counter[__i].merge(__counter[__i-1]);//将__counter中的有序序列归并成一个有序序列 swap(__counter[__fill-1]);//将有序序列换出去 }}
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