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STL笔记（8）—序列式容器之vector（一）

2016-04-12 23:25 375 查看

STL笔记（8）—序列式容器之vector（一）

概述

最早认识和知道STL就是通过容器，后来又因为在LeetCode上面刷题，就使用得更频繁了，常见的容器有

vector

，

map

等。在STL源码剖析中介绍到，容器分为序列式和关联式两种，具体类型如图示：

序列式容器最常见的就是

vector

了，在SGI STL源码中，vector的源码放在

stl_vector.h

文件中。

在平时使用过程中，vector相对于array和链表这两种顺序数据结构来说，最大的特色就是它既能在常量时间内对元素进行访问（与数组类似），又能随着元素的加入，自动扩充空间以容纳新元素（与链表类似），可谓是集两者之优点。

vector定义

书中对vector定义进行了简化，而实际上在源码中定义了一些复杂的继承关系。

_Vector_alloc_base
<-
_Vector_base
<-
vector

嵌套型别定义

/*std_vector.h*/
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>
{
// requirements:

__STL_CLASS_REQUIRES(_Tp, _Assignable);

private:
typedef _Vector_base<_Tp, _Alloc> _Base;
public:
//vector的嵌套型别定义
typedef _Tp value_type;
typedef value_type* pointer;
typedef const value_type* const_pointer;
typedef value_type* iterator;
typedef const value_type* const_iterator;
typedef value_type& reference;
typedef const value_type& const_reference;
typedef size_t size_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;

typedef typename _Base::allocator_type allocator_type;//空间适配器类型
allocator_type get_allocator() const { return _Base::get_allocator(); }
//...
//...
};

空间适配器

接着通过simple_alloc封装的空间适配器:

这里源码中用了继承，书中对此进行了简化，源码中的过程如下：

/*std_vector.h*/
//1.首先是在_Vector_base中对simple_alloc的重命名
//并定义调用_M_allocate申请空间
template <class _Tp, class _Alloc>
class _Vector_base {
//...
typedef simple_alloc<_Tp, _Alloc> _M_data_allocator;
_Tp* _M_allocate(size_t __n)
{ return _M_data_allocator::allocate(__n); }
//...
};
//2.在vector中首先是对基类进行重命名
template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>
{
private:
typedef _Vector_base<_Tp, _Alloc> _Base;
//...
//...
};
//3.在vector中使用基类的方法
template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>
{
//...
//...
protected:
using _Base::_M_allocate;
//...
};
//4.在需要申请空间时直接调用
//例如
template <class _Tp, class _Alloc>
void
vector<_Tp, _Alloc>::_M_insert_aux(iterator __position, const _Tp& __x)
{
//...
iterator __new_start = _M_allocate(__len);//相当于simple_alloc<_Tp, _Alloc>::allocate(__len);
//...
}

容量（capacity）

对于vector的诸多操作，以及用于访问元素的迭代器都离不开的capacity这个概念。

在vector中使用了三个迭代器：

template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>
{
using _Base::_M_start;
using _Base::_M_finish;
using _Base::_M_end_of_storage;
};
//上述三个迭代器在基类中定义
template <class _Tp, class _Alloc>
class _Vector_base {
//...
protected:
_Tp* _M_start;
_Tp* _M_finish;
_Tp* _M_end_of_storage;
//...
};

_M_start指向容器中的第一个元素

_M_finish指向容器中最后一个元素的后一个位置(所谓的前闭后开准则

_M_end_of_storage指向当前容器的最后一个位置。

_M_end_of_stoarge有点类似在C中使用数组时，为了保证数组不越界，通常定义开一个容量大于所需的数组，因此我们在往vector中插入新元素的时候就会游刃有余。

而当插入数据量已经即将超过容量大小，即当

_M_finish==_M_end_of_storage

时，STL的做法是申请一个两倍于原容量大小的空间，并将之前的数据拷贝进去，然后销毁旧的空间。因此，当发生vector的容量扩充时，之前的迭代器就不能使用了，如下例子

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int>vec;
vec.push_back(1);
auto it = vec.begin();
vec.push_back(2);
vec.push_back(3);
vec.push_back(4);
vec.push_back(5);
vec.push_back(6);
vec.push_back(7);
vec.push_back(8);
vec.push_back(9);
cout << *it << endl;
system("pause");
return 0;
}

根据《STL源码剖析》中4vector-test.cpp来说，上述示例容量的变化规律是2->4->8->16，总之容量发生变化后再去访问之前的指针，就会出错

错误显而易见iterator not dereferencable
即迭代器无法解引用，发生容量扩充后，之前的空间已经被销毁了。

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