(Boolan) STL与泛型编程第二周笔记

各容器测试(使用方法类似,需要根据上图结构,来选择不同场景使用(可根据容器名查询使用方法)):
使用容器array: 内存连续
使用容器vector: 内存连续,扩大需要移动, 内存扩大 2部
使用容器list: 内存动态,双向循环链表
使用容器forward_list:内存动态,单向链表 在尾结点插入和删除
使用容器slist: 内存动态,单向链表 在头结点插入和删除
使用容器deque: 双向队列
使用容器stack: 栈是一种容器适配器,后入先出
使用容器queue: 队列
使用容器multiset: 可重复,不使用[]
使用容器multimap:可重复,不使用[]
使用容器unordered_multiset: 可重复,不使用[] (c++11新的容器其内部不再采用红黑树实现,而是采用了hash表,加速了检索速度。)
使用容器unordered_multimap: 可重复,不使用[] (c++11新的容器其内部不再采用红黑树实现,而是采用了hash表,加速了检索速度。)
使用容器set: 不可重复,可使用[]
使用容器map:不可重复,可使用[]
使用容器unordered_set: 不可重复,可使用[](c++11新的容器其内部不再采用红黑树实现,而是采用了hash表,加速了检索速度。)
使用容器unordered_map: 不可重复,可使用[](c++11新的容器其内部不再采用红黑树实现,而是采用了hash表,加速了检索速度。)
使用分配器allocator:*分配器

00 源代码分布

标准库STL的文件位置,与所采用的编译器有关:
(1)Visual C++:...\include (例如 D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 14.0\VC\include)
(2)GNU C++:...\4.9.2\inlcude

  1. 容器list
    1.1 list
    G2.9的list:



    G4.9的list:


1.2 list的用法

#include <iostream>   
#include <list>   
#include <numeric>   
#include <algorithm>   
using namespace std;   
  
//创建一个list容器的实例LISTINT   
typedef list<int> LISTINT;   
//创建一个list容器的实例LISTCHAR   
typedef list<int> LISTCHAR;   
  
void main()   
{   
    //用list容器处理整型数据    
    //用LISTINT创建一个名为listOne的list对象   
    LISTINT listOne;   
    //声明i为迭代器   
    LISTINT::iterator i;   
      
    //从前面向listOne容器中添加数据   
    listOne.push_front (2);   
    listOne.push_front (1);   
      
    //从后面向listOne容器中添加数据   
    listOne.push_back (3);   
    listOne.push_back (4);   
      
    //从前向后显示listOne中的数据   
    cout<<"listOne.begin()--- listOne.end():"<<endl;   
    for (i = listOne.begin(); i != listOne.end(); ++i)   
        cout << *i << " ";   
    cout << endl;   
      
    //从后向后显示listOne中的数据   
    LISTINT::reverse_iterator ir;   
    cout<<"listOne.rbegin()---listOne.rend():"<<endl;   
    for (ir =listOne.rbegin(); ir!=listOne.rend();ir++) {   
        cout << *ir << " ";   
    }   
    cout << endl;   
      
    //使用STL的accumulate(累加)算法   
    int result = accumulate(listOne.begin(), listOne.end(),0);   
    cout<<"Sum="<<result<<endl;   
    cout<<"------------------"<<endl;   
      
    //--------------------------   
    //用list容器处理字符型数据   
    //--------------------------   
      
    //用LISTCHAR创建一个名为listOne的list对象   
    LISTCHAR listTwo;   
    //声明i为迭代器   
    LISTCHAR::iterator j;   
      
    //从前面向listTwo容器中添加数据   
    listTwo.push_front ('A');   
    listTwo.push_front ('B');   
      
    //从后面向listTwo容器中添加数据   
    listTwo.push_back ('x');   
    listTwo.push_back ('y');   
      
    //从前向后显示listTwo中的数据   
    cout<<"listTwo.begin()---listTwo.end():"<<endl;   
    for (j = listTwo.begin(); j != listTwo.end(); ++j)   
        cout << char(*j) << " ";   
    cout << endl;   
      
    //使用STL的max_element算法求listTwo中的最大元素并显示   
    j=max_element(listTwo.begin(),listTwo.end());   
    cout << "The maximum element in listTwo is: "<<char(*j)<<endl;   
}

1.3 list的iterator
G2.9的iterator:


Paste_Image.png

G4.9相较于G2.9
模板参数只有一个(易理解);
node结构有其parent;
node的成员的type较精确;

2.OOP(Object-Oriented programming) VS GP(Generic programming)

OOP企图将datas和methods关联在一起

这里的list不能使用::sort()排序,这是因为::sort()算法设计中的Iterator必须是RandomAccessIterator,而list并不是一个连续空间,在内存中它是由指针一个一个串起来,不能使用指针加法减法。因此list不能使用::sort()排序。

GP却是将datas和methods分开来,两者之间通过迭代器联系在一起。

两者分开的优点:
(1)Containers和Algorithms团队可各自闭门造车,其间以Iterator沟通即可;
(2)Algorithms通过Iterators确定操作范围,并通过Iterators取用Container元素。

补充:
所有的algorithms,最终设计元素本身的操作,无非就是比大小。比如说重新定义max函数,根据字符长度来比大小,我们就必须重写一个比较函数。


3.源代码阅读

基础:
(1)Operator Overloading 操作符重载
(2)Templates 模板

3.1操作符重载、模板、特化和偏特化
这部分内容在之前额课程中已经讲过,不再赘述。

3.2分配器
分配器(Allocator)是容器管理内存的工具,在容器申请内存空间上起作用。
分配器在底层实现上通过operator new()和operator delete()来完成内存分配和释放,而operator new()和operator delete()实际上是通过调用malloc()和free()函数来实现操作。
operator new()和operator delete()的源代码如下:


3.2.1 VC6的allocator
VC6所附的标准库,其allocator实现如下(<xmemory>)



3.2.2 BC5的allocator
BC5所附的标准库,其allocator实现如下(<memory.stl>)


3.2.3 G2.9的allocator

G2.9所附的标准库,其allocator实现如下(<defalloc.h>)


3.2.4 G4.9的allocator

G4.9所附的标准库,其allocator实现如下:


由以上各编译器中allocator的源代码可以看出,无论是VC、BC还是GNU的版本中分配器实际上是通过operator new和operator delete来调用malloc和free来管理内存。
但是在GNU2.9中,容器实际使用的并非是allocator,而是alloc,如下图所示。


alooc的最终实现内存管理也是通过malloc和free,但是可以避免其他额外开销,比如cookie,实现过程如下:
(1)设计了16条链表,每条链表负责某种特定大小的区块,比如第0条链表负责8个字节大小的区块,第1条负责16个字节,以此类推,即(标号数+1)*8;
(2)容器的元素大小都会调整到8的倍数,比如50的会调整到56,然后交给第6条链表负责;
(3)分配器查看链条有没有挂内存块,如果没有,向操作系统要内存,得到的内存块除了头尾有cookie,中间的每一小块内存都不带cookie;
实现过程示意图如下图所示:

在GNU4.9版本以后,分配器也直接调用了operator new来分配内存,之前2.9中的alloc放入了extention allocators中,也就是__pool_alloc,如下图所示:


3.3容器的结构与分类
课件里面将容器的结构和分类讲得很清楚,具体如下图所示:


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