STL源码剖析之序列容器list
来源:互联网 发布:淘宝试用协议在pc端哪 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 11:27
一、定义
容器list的特点是每次插入一个元素就配置一个空间,每次删除一个元素就释放一个空间。结构定义如下:
struct _List_node_base { _List_node_base* _M_next;//后继指针 _List_node_base* _M_prev;//前驱指针};template <class _Tp>struct _List_node : public _List_node_base { _Tp _M_data; //数据域};由此可见,list底层是一个双向链表。
与vector的区别:
(1)vector分配的是一块连续的地址空间,随机访问效率高;list为离散的地址空间,插入删除效率高。
(2)vector底层为内存可扩展的数组,list底层为双向链表。
(3)vector迭代器支持自增自减以及其他算术运算,list除了自增自减不能支持其他算术运算。
(4)vector的插入删除或导致元素的重新配置,原有迭代器会失效;list的插入不会造成原有迭代器的失效,删除只是指向删除位置的迭代器失效。
二、list迭代器
struct _List_iterator_base { typedef size_t size_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category;//迭代器设计为双向迭代器 _List_node_base* _M_node;//指向list结点的指针 _List_iterator_base(_List_node_base* __x) : _M_node(__x) {}//构造函数 _List_iterator_base() {} void _M_incr() { _M_node = _M_node->_M_next; } void _M_decr() { _M_node = _M_node->_M_prev; } bool operator==(const _List_iterator_base& __x) const {//运算符==的重载 return _M_node == __x._M_node; } bool operator!=(const _List_iterator_base& __x) const {//运算符!=的重载 return _M_node != __x._M_node; }}; template<class _Tp, class _Ref, class _Ptr>struct _List_iterator : public _List_iterator_base { typedef _List_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*> iterator; typedef _List_iterator<_Tp,const _Tp&,const _Tp*> const_iterator; typedef _List_iterator<_Tp,_Ref,_Ptr> _Self; typedef _Tp value_type; typedef _Ptr pointer; typedef _Ref reference; typedef _List_node<_Tp> _Node; _List_iterator(_Node* __x) : _List_iterator_base(__x) {} _List_iterator() {} _List_iterator(const iterator& __x) : _List_iterator_base(__x._M_node) {} reference operator*() const { return ((_Node*) _M_node)->_M_data; }//取结点数据值#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR pointer operator->() const { return &(operator*()); }#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */ _Self& operator++() { //运算符前置++的重载 this->_M_incr(); return *this; } _Self operator++(int) { //运算符后置++的重载 _Self __tmp = *this; this->_M_incr(); return __tmp; } _Self& operator--() { //运算符前置--的重载 this->_M_decr(); return *this; } _Self operator--(int) { //运算符后置--的重载 _Self __tmp = *this; this->_M_decr(); return __tmp; }};#ifndef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION//如果编译器不支持偏特化inline bidirectional_iterator_tagiterator_category(const _List_iterator_base&){ return bidirectional_iterator_tag();}template <class _Tp, class _Ref, class _Ptr>inline _Tp*value_type(const _List_iterator<_Tp, _Ref, _Ptr>&){ return 0;}inline ptrdiff_t*distance_type(const _List_iterator_base&){ return 0;}#endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */三、list的内存管理
template <class _Tp, class _Allocator, bool _IsStatic>class _List_alloc_base {public: typedef typename _Alloc_traits<_Tp, _Allocator>::allocator_type//获取类型 allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return _Node_allocator; } _List_alloc_base(const allocator_type& __a) : _Node_allocator(__a) {}//构造函数protected: _List_node<_Tp>* _M_get_node()//获取一个节点 { return _Node_allocator.allocate(1); } void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p)//删除一个节点 { _Node_allocator.deallocate(__p, 1); }protected: typename _Alloc_traits<_List_node<_Tp>, _Allocator>::allocator_type _Node_allocator;//定义空间配置器 _List_node<_Tp>* _M_node;//定义一个指针};// 空间配置器的一个特例化template <class _Tp, class _Allocator>class _List_alloc_base<_Tp, _Allocator, true> {public: typedef typename _Alloc_traits<_Tp, _Allocator>::allocator_type allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); } _List_alloc_base(const allocator_type&) {}protected: typedef typename _Alloc_traits<_List_node<_Tp>, _Allocator>::_Alloc_type _Alloc_type; _List_node<_Tp>* _M_get_node() { return _Alloc_type::allocate(1); } void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); }protected: _List_node<_Tp>* _M_node;};//list的基类template <class _Tp, class _Alloc>class _List_base : public _List_alloc_base<_Tp, _Alloc, _Alloc_traits<_Tp, _Alloc>::_S_instanceless>{public: typedef _List_alloc_base<_Tp, _Alloc, _Alloc_traits<_Tp, _Alloc>::_S_instanceless> _Base; //定义一个基类类型 typedef typename _Base::allocator_type allocator_type; _List_base(const allocator_type& __a) : _Base(__a) {//构造函数 _M_node = _M_get_node();//获取节点 _M_node->_M_next = _M_node;//环形链表 _M_node->_M_prev = _M_node; } ~_List_base() {//析构函数 clear(); _M_put_node(_M_node); } void clear();};#else /*使用标准空间配置器 */template <class _Tp, class _Alloc>class _List_base {public: typedef _Alloc allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); } _List_base(const allocator_type&) { _M_node = _M_get_node(); _M_node->_M_next = _M_node; _M_node->_M_prev = _M_node; } ~_List_base() { clear(); _M_put_node(_M_node); } void clear();protected: typedef simple_alloc<_List_node<_Tp>, _Alloc> _Alloc_type; _List_node<_Tp>* _M_get_node() { return _Alloc_type::allocate(1); }//申请结点 void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); } //释放节点protected: _List_node<_Tp>* _M_node;//指向链表指针};
四、list的源码
template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >class list : protected _List_base<_Tp, _Alloc> { __STL_CLASS_REQUIRES(_Tp, _Assignable); typedef _List_base<_Tp, _Alloc> _Base;//定义基类类型protected: typedef void* _Void_pointer;//定义一个指针public: typedef _Tp value_type; typedef value_type* pointer; typedef const value_type* const_pointer; typedef value_type& reference; typedef const value_type& const_reference; typedef _List_node<_Tp> _Node; typedef size_t size_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef typename _Base::allocator_type allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return _Base::get_allocator(); }public: typedef _List_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*> iterator;//定义一个迭代器 typedef _List_iterator<_Tp,const _Tp&,const _Tp*> const_iterator;#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION typedef reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator; typedef reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;#else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */ typedef reverse_bidirectional_iterator<const_iterator,value_type, const_reference,difference_type> const_reverse_iterator; typedef reverse_bidirectional_iterator<iterator,value_type,reference, difference_type> reverse_iterator; #endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */protected:#ifdef __STL_HAS_NAMESPACES using _Base::_M_node; using _Base::_M_put_node; using _Base::_M_get_node;#endif /* __STL_HAS_NAMESPACES */protected: _Node* _M_create_node(const _Tp& __x)//创建一个节点 { _Node* __p = _M_get_node(); __STL_TRY { _Construct(&__p->_M_data, __x);//初始化空间 } __STL_UNWIND(_M_put_node(__p)); return __p; } _Node* _M_create_node() { _Node* __p = _M_get_node(); __STL_TRY { _Construct(&__p->_M_data); } __STL_UNWIND(_M_put_node(__p)); return __p; }public: explicit list(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}//构造函数 iterator begin() { return (_Node*)(_M_node->_M_next); }//获得第一个元素位置 const_iterator begin() const { return (_Node*)(_M_node->_M_next); } iterator end() { return _M_node; }//获得最后一个标志位(list为双向链表) const_iterator end() const { return _M_node; } reverse_iterator rbegin() //反向迭代器 { return reverse_iterator(end()); } const_reverse_iterator rbegin() const { return const_reverse_iterator(end()); } reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); } const_reverse_iterator rend() const { return const_reverse_iterator(begin()); } bool empty() const { return _M_node->_M_next == _M_node; }//判断是否为空 size_type size() const { //获得元素个数 size_type __result = 0; distance(begin(), end(), __result); return __result; } size_type max_size() const { return size_type(-1); } reference front() { return *begin(); }//访问第一个元素 const_reference front() const { return *begin(); } reference back() { return *(--end()); }//访问最后一个元素 const_reference back() const { return *(--end()); } void swap(list<_Tp, _Alloc>& __x) { __STD::swap(_M_node, __x._M_node); }//交换两个list iterator insert(iterator __position, const _Tp& __x) {//在指定位置插入元素 _Node* __tmp = _M_create_node(__x); __tmp->_M_next = __position._M_node; __tmp->_M_prev = __position._M_node->_M_prev; __position._M_node->_M_prev->_M_next = __tmp; __position._M_node->_M_prev = __tmp; return __tmp; } iterator insert(iterator __position) { return insert(__position, _Tp()); }#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES // Check whether it's an integral type. If so, it's not an iterator. template<class _Integer> void _M_insert_dispatch(iterator __pos, _Integer __n, _Integer __x, __true_type) { _M_fill_insert(__pos, (size_type) __n, (_Tp) __x); } template <class _InputIterator> void _M_insert_dispatch(iterator __pos, _InputIterator __first, _InputIterator __last, __false_type); template <class _InputIterator> void insert(iterator __pos, _InputIterator __first, _InputIterator __last) { typedef typename _Is_integer<_InputIterator>::_Integral _Integral; _M_insert_dispatch(__pos, __first, __last, _Integral()); }#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ void insert(iterator __position, const _Tp* __first, const _Tp* __last); void insert(iterator __position, const_iterator __first, const_iterator __last);#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ void insert(iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x) { _M_fill_insert(__pos, __n, __x); } void _M_fill_insert(iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x); void push_front(const _Tp& __x) { insert(begin(), __x); }//在表头插入元素 void push_front() {insert(begin());} void push_back(const _Tp& __x) { insert(end(), __x); }//在表尾插入元素 void push_back() {insert(end());} iterator erase(iterator __position) {//删除某位置元素 _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); } iterator erase(iterator __first, iterator __last);//删除区间元素 void clear() { _Base::clear(); } void resize(size_type __new_size, const _Tp& __x);//重置大小 void resize(size_type __new_size) { this->resize(__new_size, _Tp()); } void pop_front() { erase(begin()); }//删除头部元素 void pop_back() { //删除尾部元素 iterator __tmp = end(); erase(--__tmp); } list(size_type __n, const _Tp& __value, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) { insert(begin(), __n, __value); } explicit list(size_type __n) : _Base(allocator_type()) { insert(begin(), __n, _Tp()); }#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES // We don't need any dispatching tricks here, because insert does all of // that anyway. template <class _InputIterator> list(_InputIterator __first, _InputIterator __last, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) { insert(begin(), __first, __last); }#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ list(const _Tp* __first, const _Tp* __last, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) { this->insert(begin(), __first, __last); } list(const_iterator __first, const_iterator __last, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) { this->insert(begin(), __first, __last); }#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ list(const list<_Tp, _Alloc>& __x) : _Base(__x.get_allocator())//拷贝函数 { insert(begin(), __x.begin(), __x.end()); } ~list() { }//析构函数 list<_Tp, _Alloc>& operator=(const list<_Tp, _Alloc>& __x);//赋值运算符重在public: void splice(iterator __position, list& __x) {//list分割函数 if (!__x.empty()) this->transfer(__position, __x.begin(), __x.end()); } void splice(iterator __position, list&, iterator __i) { iterator __j = __i; ++__j; if (__position == __i || __position == __j) return; this->transfer(__position, __i, __j); } void splice(iterator __position, list&, iterator __first, iterator __last) { if (__first != __last) this->transfer(__position, __first, __last); } void remove(const _Tp& __value); void unique(); void merge(list& __x); void reverse(); void sort();};template <class _Tp, class _Alloc>inline bool operator==(const list<_Tp,_Alloc>& __x, const list<_Tp,_Alloc>& __y)//运算符==的重载{ typedef typename list<_Tp,_Alloc>::const_iterator const_iterator; const_iterator __end1 = __x.end(); const_iterator __end2 = __y.end(); const_iterator __i1 = __x.begin(); const_iterator __i2 = __y.begin(); while (__i1 != __end1 && __i2 != __end2 && *__i1 == *__i2) { ++__i1; ++__i2; } return __i1 == __end1 && __i2 == __end2;}template <class _Tp, class _Alloc>inline bool operator<(const list<_Tp,_Alloc>& __x,//运算符<的重载 const list<_Tp,_Alloc>& __y){ return lexicographical_compare(__x.begin(), __x.end(), __y.begin(), __y.end());}template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::remove(const _Tp& __value)//移除某个元素{ iterator __first = begin(); iterator __last = end(); while (__first != __last) { iterator __next = __first; ++__next; if (*__first == __value) erase(__first); __first = __next; }}template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::unique()//移除相同元素{ iterator __first = begin(); iterator __last = end(); if (__first == __last) return; iterator __next = __first; while (++__next != __last) { if (*__first == *__next) erase(__next); else __first = __next; __next = __first; }}template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::merge(list<_Tp, _Alloc>& __x)//两个list的合并{ 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);}inline void __List_base_reverse(_List_node_base* __p)//链表内容转置{ _List_node_base* __tmp = __p; do { __STD::swap(__tmp->_M_next, __tmp->_M_prev); __tmp = __tmp->_M_prev; // 原来的后继结点变成前驱 } while (__tmp != __p);}template <class _Tp, class _Alloc>inline void list<_Tp, _Alloc>::reverse() { __List_base_reverse(this->_M_node);} template <class _Tp, class _Alloc>void list<_Tp, _Alloc>::sort()//排序{ 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()); int __i = 0; while(__i < __fill && !__counter[__i].empty()) { __counter[__i].merge(__carry); __carry.swap(__counter[__i++]); } __carry.swap(__counter[__i]); if (__i == __fill) ++__fill; } for (int __i = 1; __i < __fill; ++__i) __counter[__i].merge(__counter[__i-1]); swap(__counter[__fill-1]); }}#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATEStemplate <class _Tp, class _Alloc> template <class _Predicate>void list<_Tp, _Alloc>::remove_if(_Predicate __pred)//移除满足条件的元素{ iterator __first = begin(); iterator __last = end(); while (__first != __last) { iterator __next = __first; ++__next; if (__pred(*__first)) erase(__first); __first = __next; }}template <class _Tp, class _Alloc> template <class _BinaryPredicate>void list<_Tp, _Alloc>::unique(_BinaryPredicate __binary_pred)//移除数值相同的元素{ iterator __first = begin(); iterator __last = end(); if (__first == __last) return;//链表为空 iterator __next = __first; while (++__next != __last) { if (__binary_pred(*__first, *__next)) erase(__next);//数值相同移除后面的一个 else __first = __next; __next = __first; }}template <class _Tp, class _Alloc> template <class _StrictWeakOrdering>//两个链表的合并函数void list<_Tp, _Alloc>::merge(list<_Tp, _Alloc>& __x, _StrictWeakOrdering __comp)//comp为合并策略{ iterator __first1 = begin(); iterator __last1 = end(); iterator __first2 = __x.begin(); iterator __last2 = __x.end(); while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2) if (__comp(*__first2, *__first1)) { iterator __next = __first2; transfer(__first1, __first2, ++__next); __first2 = __next; } else ++__first1; if (__first2 != __last2) transfer(__last1, __first2, __last2);}template <class _Tp, class _Alloc> template <class _StrictWeakOrdering>void list<_Tp, _Alloc>::sort(_StrictWeakOrdering __comp)//排序函数{ if (_M_node->_M_next != _M_node && _M_node->_M_next->_M_next != _M_node) {//确保链表不为空且元素大于1 list<_Tp, _Alloc> __carry; list<_Tp, _Alloc> __counter[64]; int __fill = 0; while (!empty()) { __carry.splice(__carry.begin(), *this, begin()); int __i = 0; while(__i < __fill && !__counter[__i].empty()) { __counter[__i].merge(__carry, __comp); __carry.swap(__counter[__i++]); } __carry.swap(__counter[__i]); if (__i == __fill) ++__fill; } for (int __i = 1; __i < __fill; ++__i) __counter[__i].merge(__counter[__i-1], __comp); swap(__counter[__fill-1]); }}
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