STL源码剖析—stl

操作系统：centos 6.4
STL源码版本：3.3

前言：
要看一个项目的源码，首先要选中切入点。
那么在sgi stl 标准库中，其切入点是什么呢？
答案是：stl_config.h 文件。

不同的编译器对C++语言的支持程度不尽相同。为了具备广泛移植能力，SGI STL 定义了一个环境组态文件<stl_config.h>。
其中声明了许多宏定义，在预编译的时候，通过这些宏定义来编译出对于平台的程序。

1，stl_config.h在linux平台下的实现：

  1.1）为了知道linux平台下sgi stl 的宏定义有那些是被定义了的，有个简单，直接的方法，直接输出其宏名字。
        测试代码如下：

#include <iostream>

#include <stdio.h>

using namespace std;

void    test(void)

{

#ifdef _PTHREADS

    cout<<"define __STL_PTHREADS"<<endl;

#endif

# if defined(__sgi) && !defined(__GNUC__)

    cout<<"__sgi begin"<<endl;

# if !defined(_BOOL)

        cout<<"__STL_NEED_BOOL"<<endl;

# endif

# if !defined(_TYPENAME_IS_KEYWORD)

         cout<<"__STL_NEED_TYPENAME"<<endl;

# endif

# ifdef _PARTIAL_SPECIALIZATION_OF_CLASS_TEMPLATES

        cout<<"__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION"<<endl;

# endif

# ifdef _MEMBER_TEMPLATES

        cout<<"__STL_MEMBER_TEMPLATES"<<endl;

# endif

# if !defined(_EXPLICIT_IS_KEYWORD)

        cout<<"__STL_NEED_EXPLICIT"<<endl;

# endif

# ifdef __EXCEPTIONS

        cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

# endif

# if (_COMPILER_VERSION >= ) && defined(_NAMESPACES)

        cout<<"__STL_USE_NAMESPACES"<<endl;

# endif

# if !defined(_NOTHREADS) && !defined(__STL_PTHREADS)

        cout<<"__STL_SGI_THREADS"<<endl;

# endif

    cout<<"__sgi end"<<endl<<endl;

# endif

# ifdef __GNUC__

    cout<<"__GNUC__ begin"<<endl;

# include <_G_config.h>

# if __GNUC__ <  || (__GNUC__ ==  && __GNUC_MINOR__ < )

        cout<<"__STL_STATIC_TEMPLATE_MEMBER_BUG"<<endl;

        cout<<"__STL_NEED_TYPENAME"<<endl;

        cout<<"__STL_NEED_EXPLICIT"<<endl;

# else

        cout<<"__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION"<<endl;

        cout<<"__STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER"<<endl;

        cout<<"__STL_EXPLICIT_FUNCTION_TMPL_ARGS"<<endl;

        cout<<"__STL_MEMBER_TEMPLATES"<<endl;

# endif

    /* glibc pre 2.0 is very buggy. We have to disable thread for it.

       It should be upgraded to glibc 2.0 or later. */

# if !defined(_NOTHREADS) && __GLIBC__ >=  && defined(_G_USING_THUNKS)

        cout<<"__STL_PTHREADS"<<endl;

# endif

# ifdef __EXCEPTIONS

        cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

# endif

    cout<<"__GNUC__ end"<<endl<<endl;

# endif

# if defined(__SUNPRO_CC)

    cout<<"__SUNPRO_CC begin"<<endl;

    cout<<"__STL_NEED_BOOL"<<endl;

    cout<<"__STL_NEED_TYPENAME"<<endl;

    cout<<"__STL_NEED_EXPLICIT"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

    cout<<"__SUNPRO_CC end"<<endl<<endl;

# endif

# if defined(__COMO__)

    cout<<"__COMO__ begin"<<endl;

    cout<<"__STL_MEMBER_TEMPLATES"<<endl;

    cout<<"__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_NAMESPACES"<<endl;

    cout<<"__COMO__ end"<<endl<<endl;

# endif

# if defined(_MSC_VER)

cout<<"_MSC_VER begin"<<endl;

# if _MSC_VER >

        cout<<"include <yvals.h>"<<endl;

# else

        cout<<"__STL_NEED_BOOL"<<endl;

# endif

        cout<<"__STL_NO_DRAND48"<<endl;

        cout<<"__STL_NEED_TYPENAME"<<endl;

# if _MSC_VER <

        cout<<"__STL_NEED_EXPLICIT"<<endl;

# endif

        cout<<"__STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG"<<endl;

        cout<<"__SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR"<<endl;

# ifdef _CPPUNWIND

        cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

# endif

# ifdef _MT

        cout<<"__STL_WIN32THREADS"<<endl;

# endif

    cout<<"_MSC_VER end"<<endl<<endl;

# endif

# if defined(__BORLANDC__)

    cout<<"__BORLANDC__ begin"<<endl;

    cout<<"__STL_NO_DRAND48"<<endl;

    cout<<"__STL_NEED_TYPENAME"<<endl;

    cout<<"__STL_LIMITED_DEFAULT_TEMPLATES"<<endl;

    cout<<"__SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR"<<endl;

    cout<<"__STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG"<<endl;

# ifdef _CPPUNWIND

        cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS"<<endl;

# endif

# ifdef __MT__

        cout<<"__STL_WIN32THREADS"<<endl;

# endif

    cout<<"__BORLANDC__ end"<<endl<<endl;

# endif

# if defined(__STL_NEED_BOOL)

    cout<<"__STL_NEED_BOOL begin"<<endl;

    cout<<"typedef int bool;"<<endl;

    cout<<"define true 1"<<endl;

    cout<<"define false 0"<<endl;

    cout<<"__STL_NEED_BOOL end"<<endl<<endl;

# endif

# ifdef __STL_NEED_TYPENAME

    cout<<"define typename"<<endl;

# endif

# ifdef __STL_NEED_EXPLICIT

    cout<<"define explicit"<<endl;

# endif

# ifdef __STL_EXPLICIT_FUNCTION_TMPL_ARGS

    cout<<"__STL_NULL_TMPL_ARGS <>"<<endl;

# else

    cout<<"__STL_NULL_TMPL_ARGS"<<endl;

# endif

# ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION

    cout<<"__STL_TEMPLATE_NULL template<>"<<endl;

# else

    cout<<"__STL_TEMPLATE_NULL"<<endl;

# endif

// __STL_NO_NAMESPACES is a hook so that users can disable namespaces

// without having to edit library headers.

# if defined(__STL_USE_NAMESPACES) && !defined(__STL_NO_NAMESPACES)

    cout<<"__STL_USE_NAMESPACES begin"<<endl;

    cout<<"__STD std"<<endl;

    cout<<"__STL_BEGIN_NAMESPACE namespace std {"<<endl;

    cout<<"__STL_END_NAMESPACE }"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_NAMESPACE_FOR_RELOPS"<<endl;

    cout<<"__STL_BEGIN_RELOPS_NAMESPACE namespace std {"<<endl;

    cout<<"__STL_END_RELOPS_NAMESPACE }"<<endl;

    cout<<"__STD_RELOPS std"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_NAMESPACES end"<<endl<<endl;

# else

    cout<<"! __STL_USE_NAMESPACES begin"<<endl;

    cout<<"__STD "<<endl;

    cout<<"__STL_BEGIN_NAMESPACE "<<endl;

    cout<<"__STL_END_NAMESPACE "<<endl;

    cout<<"__STL_USE_NAMESPACE_FOR_RELOPS"<<endl;

    cout<<"__STL_BEGIN_RELOPS_NAMESPACE "<<endl;

    cout<<"__STL_END_RELOPS_NAMESPACE "<<endl;

    cout<<"__STD_RELOPS "<<endl;

    cout<<"! __STL_USE_NAMESPACES end"<<endl<<endl;

# endif

# ifdef __STL_USE_EXCEPTIONS

    cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS begin"<<endl;

    cout<<"__STL_TRY try"<<endl;

    cout<<"__STL_CATCH_ALL catch(...)"<<endl;

    cout<<"__STL_RETHROW throw"<<endl;

    cout<<"__STL_NOTHROW throw()"<<endl;

    cout<<"__STL_UNWIND(action) catch(...) { action; throw; }"<<endl;

    cout<<"__STL_USE_EXCEPTIONS end"<<endl<<endl;

# else

    cout<<"! __STL_USE_EXCEPTIONS begin"<<endl;

    cout<<"__STL_TRY "<<endl;

    cout<<"__STL_CATCH_ALL if (false)"<<endl;

    cout<<"__STL_RETHROW "<<endl;

    cout<<"__STL_NOTHROW "<<endl;

    cout<<"__STL_UNWIND(action) "<<endl;

    cout<<"! __STL_USE_EXCEPTIONS end"<<endl<<endl;

# endif

#ifdef __STL_ASSERTIONS

# include <stdio.h>

    cout<<"__stl_assert(expr) \

    if (!(expr)) { fprintf(stderr, \"%s:%d STL assertion failure: %s\n\", \

             __FILE__, __LINE__, # expr); abort(); }"<<endl;

#else

    cout<<"__stl_assert(expr)"<<endl;

#endif

}

int main(void)

{

    test();

    return ;

}

运行结果：

[root@localhost stlsource]# g++ -o lconfig1 lconfig1.cpp

[root@localhost stlsource]# ./lconfig1

__GNUC__ begin

__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION

__STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER

__STL_EXPLICIT_FUNCTION_TMPL_ARGS

__STL_MEMBER_TEMPLATES

__STL_PTHREADS

__STL_USE_EXCEPTIONS

__GNUC__ end

__STL_NULL_TMPL_ARGS

__STL_TEMPLATE_NULL

! __STL_USE_NAMESPACES begin

__STD

__STL_BEGIN_NAMESPACE

__STL_END_NAMESPACE

__STL_USE_NAMESPACE_FOR_RELOPS

__STL_BEGIN_RELOPS_NAMESPACE

__STL_END_RELOPS_NAMESPACE

__STD_RELOPS

! __STL_USE_NAMESPACES end

! __STL_USE_EXCEPTIONS begin

__STL_TRY

__STL_CATCH_ALL if (false)

__STL_RETHROW

__STL_NOTHROW

__STL_UNWIND(action)

! __STL_USE_EXCEPTIONS end

__stl_assert(expr)

1.2）通过以上的测试，可以得到在linux平台下，stl_config.h 的实现定义如下：
为了缩小篇幅，把相关的版权信息的屏蔽了。

#ifndef __STL_CONFIG_H

# define __STL_CONFIG_H

# ifdef __GNUC__

# include <_G_config.h>

# define __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION

# define __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER

# define __STL_EXPLICIT_FUNCTION_TMPL_ARGS

# define __STL_MEMBER_TEMPLATES

# define __STL_PTHREADS

# define __STL_USE_EXCEPTIONS

# endif

# define __STL_NULL_TMPL_ARGS

# define __STL_TEMPLATE_NULL

# define __STD

# define __STL_BEGIN_NAMESPACE

# define __STL_END_NAMESPACE

# undef __STL_USE_NAMESPACE_FOR_RELOPS

# define __STL_BEGIN_RELOPS_NAMESPACE

# define __STL_END_RELOPS_NAMESPACE

# define __STD_RELOPS 

# define __STL_TRY

# define __STL_CATCH_ALL if (false)

# define __STL_RETHROW

# define __STL_NOTHROW

# define __STL_UNWIND(action) 

# define __stl_assert(expr)

#endif /* __STL_CONFIG_H */

// Local Variables:

// mode:C++

// End:

2，对stl_config.h中的宏的详解：
2.1）__STL_STATIC_TEMPLATE_MEMBER_BUG

如果编译器不支持static members of template classes(模板类静态成员),
// 则定义__STL_STATIC_TEMPLATE_MEMBER_BUG

#include<iostream>

using namespace std;

template <typename T>

class testClass {

public:

    static int _data;

};

//只对成员实现特化，记得加上template<>

template<>

int testClass<int>::_data=;

template<>

int testClass<char>::_data=;

int main()

{

    cout<<testClass<int>::_data<<endl;

    cout<<testClass<char>::_data<<endl;

    testClass<int> Obji1,Obji2;

    testClass<char> Objc1,Objc2;

    cout<<Obji1._data<<endl;

    cout<<Obji2._data<<endl;

    cout<<Objc1._data<<endl;

    cout<<Objc2._data<<endl;

    Obji1._data=;

    Objc1._data=;

    cout<<Obji1._data<<endl;

    cout<<Obji2._data<<endl;

    cout<<Objc1._data<<endl;

    cout<<Objc2._data<<endl;

}

运行结果：

[root@localhost stlsource]# ./lconfig3

2.2）__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION

如果编译器支持partial specialization of class templates(局部特殊化的类模板),
// 则定义__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION
// 参考文献: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/9w7t3kf1(v=VS.71).aspx

#include<iostream>

using namespace std;

template <class I,class O>

struct testClass

{

    testClass() {cout<<"I,O"<<endl;}

};

//对类实现偏特化

template <class T>

struct testClass<T*,T*>

{

    testClass() {cout<<"T*,T*"<<endl;}

};

//对类实现偏特化

template<class T>

struct testClass<const T*,T*>

{

    testClass(){ cout<<"const T*,T*"<<endl;}

};

int main()

{

    testClass<int,char> obj1;

    testClass<int*,int*> obj2;

    testClass<const int*,int*> obj3;

}

运行结果：

[root@localhost stlsource]# ./lconfig5

I,O

T*,T*

const T*,T*

2.3）__STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER

如果编译器支持partial ordering of function templates(部分排序函数模板),
// 则定义__STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER
// 参考资料: http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/zaycz069.aspx

#include<iostream>

using namespace std;

class alloc{

};

template <class T,class Alloc=alloc>

class vector{

public:

    void swap(vector<T,Alloc>&) {cout<<"swap()"<<endl;}

};

//本来是#ifdef__STL_FUNCION_TMPL_PARTIAL_ORDER，但是貌似不支持

#ifndef __STL_FUNCION_TMPL_PARTIAL_ORDER

template <class T,class Alloc>

inline void swap(vector<T,Alloc>& x,vector<T,Alloc>& y)

{

    x.swap(y);

}

#endif // __STL_FUNCION_TMPL_PARTIAL_ORDER

int main()

{

    vector<int>x,y;

    swap(x,y);

}

运行结果：

[root@localhost stlsource]# ./lconfig6

swap()

2.4）__STL_EXPLICIT_FUNCTION_TMPL_ARGS
整个 SGI STL 内都没有用到此一常数定义

如果编译器支持calling a function template by providing its template
// arguments explicitly(显式指定调用模板函数的模板参数)

2.5）__STL_MEMBER_TEMPLATES

如果编译器支持template members of classes(类模板成员),
// 则定义__STL_MEMBER_TEMPLATES

#include<iostream>

#include<typeinfo>

using namespace std;

class alloc{

};

//类模板

template <typename T,typename Alloc=alloc>

class vector{

public:

    typedef T value_type;

    typedef value_type* iterator;

//函数模板

    template <typename I>

    void insert(iterator position,I first,I last)

    {

        cout<<"insert()"<<endl;

        cout<<typeid(I).name()<<endl;

    }

};

int main()

{

    int ia[]={,,,,};

    vector<int> x;

    vector<int>::iterator ite;

    x.insert(ite,*ia,*(ia+));

}

运行结果：

[root@localhost stlsource]# ./lconfig8

insert()

i

2.6）__STL_LIMITED_DEFAULT_TEMPLATES

如果编译器不能根据前一个模板参数设定后面的默认模板参数,
// 则定义__STL_LIMITED_DEFAULT_TEMPLATES

#include<iostream>

#include<cstddef>

using namespace std;

class alloc{};

template <typename T,class Alloc=alloc,size_t Bufsiz=0>

class deque{

public:

    deque(){cout<<"deque"<<endl;}

};

template <typename T,class Sequence=deque<T> >

class stack{

public:

    stack(){ cout<<"stack"<<endl;}

private:

    Sequence c;//调用deque的构造函数初始化

};

int main()

{

    stack<int> x;

}

　　运行结果：

[root@localhost stlsource]# ./lconfig10

deque

stack

　　 2.7）__STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG

如果编译器处理模板函数的non-type模板参数类型推断有困难,
// 则定义__STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG

#include<iostream>

#include<cstddef>

using namespace std;

class alloc{};

inline size_t __deque_buf_size(size_t n,size_t sz)

{

    return n!=0?n:(sz<512?size_t(512/sz):size_t(1));

}

template <class T,class Ref,class Ptr,size_t Bufsiz>

struct __deque_iterator{

    typedef __deque_iterator<T,T&,T*,Bufsiz> iterator;

    typedef __deque_iterator<T,const T&,const T*,Bufsiz> const_iterator;

    static size_t buffer_size() {return __deque_buf_size(Bufsiz,sizeof(T));}

};

template <class T,class Alloc=alloc,size_t Bufsiz=0>

class deque

{

public:

    typedef __deque_iterator<T,T&,T*,Bufsiz> iterator;

};

int main()

{

    cout<<deque<int>::iterator::buffer_size()<<endl;

    cout<<deque<int,alloc,64>::iterator::buffer_size()<<endl;

}

　　运行结果：

　 2.8）__STL_NULL_TMPL_ARGS(bound friend template friend)

<stl_config.h>定义__STL_NULL_TMPL_ARGS如下：

#ifdef __STL_NULL_TMPL_ARGS

# define __STL_NULL_TMPL_ARGS <>

#else

# define __STL_NULL_TMPL_ARGS

#endif

　　这个组态常量常常出现在类似这样的场合（class template的friend函数声明）。

// in <stl_stack.h>

template<class T,class Sequence=deque<T> >

class stack{

    friend bool operator==___STL_NULL_TMPL_ARGS(const stack &,const stack&);

    friend bool operator< __STL_NULL_TMPL_ARGS(const stack&,const stack&);

    ...

};

展开后就变成了：

template<class T,class Sequence=deque<T> >

class stack{

    friend bool operator== <>(const stack &,const stack&);

    friend bool operator<  <>(const stack&,const stack&);

    ...

};

　　这种奇特的语法是为了实现所谓的 bound friend templates，也就是说class template的某个具现体（instantiation）与其friend function template的某个具现体有一对一的关系。下面是测试程序：

#include<iostream>

#include<cstddef>

using namespace std;

class alloc{};

template<class T,class Alloc=alloc,size_t BufSiz=0>

class deque

{

public:

    deque(){cout<<"deque"<<endl;}

};

//类模板与友元的一对一关系需要前置声明

template<class T,class Sequence>

class stack;

template<class T,class Sequence>

bool operator==(const stack<T,Sequence>& x,const stack<T,Sequence>& y);

template<class T,class Sequence>

bool operator<(const stack<T,Sequence>& x,const stack<T,Sequence>& y);

template<class T,class Sequence=deque<T> >

class stack

{

    //friend bool operator==<T>(const stack<T>&,const stack<T>&);

    //friend bool operator< <T>(const stack<T>&,const stack<T>&);

    //下面的都是等价于上面的

    //friend bool operator== <T>(const stack&,const stack&);

    //friend bool operator< <T>(const stack&,const stack&);

    friend bool operator== <>(const stack&,const stack&);

    friend bool operator< <>(const stack&,const stack&);

public:

    stack(){cout<<"stack"<<endl;}

private:

    Sequence c;

};

template<class T,class Sequence>

bool operator==(const stack<T,Sequence> &x,const stack<T,Sequence> &y)

{

    return cout<<"operator=="<<'\t';

}

template<class T,class Sequence>

bool operator<(const stack<T,Sequence> &x,const stack<T,Sequence> &y)

{

    return cout<<"operator<"<<'\t';

}

int main()

{

    stack<int> x;

    stack<int> y;

    cout<<(x==y)<<endl;

    cout<<(x<y)<<endl;

    stack<char> y1;

//    cout<<(x==y1)<<endl;

 //   cout<<(x<y1)<<endl;

}

　　运行结果：

2.9）__STL_TEMPLATE_NULL(class template explicit specialization)

<stl_config.h>定义了一个__STL_TEMPLATE_NULL如下：

#ifdef __STL_CLASS_PAPTIAL_SPECIALIZATION

#define __STL_TEMPLATE_NULL template<>

#else

#define __STL_TEMPLATE_NULL

#endif

　　这个组态常量常常出现在类似这样的场合：

//in <type_traits.h>

template <class type> struct  _type_traits {...};

__STL_TEMPLATE_NULL struct _type_traits<char> {};

//in <stl_hash_fun.h>

template <class key> struct hash{};

__STL_TEMPLATE_NULL struct hash<char> {};

__STL_TEMPLATE_NULL struct hash<unsigned char> {};

　　展开后：

//in <type_traits.h>

template <class type> struct  _type_traits {...};

template<> struct _type_traits<char> {};

//in <stl_hash_fun.h>

template <class key> struct hash{};

template<> struct hash<char> {};

template<> struct hash<unsigned char> {};

　　这就是所谓的class template explicit specialization。

下面是一个测试程序：

#include<iostream>

//不能使用 using namespace std 这会将标准库中的hash引入，然后通不过

using std::cout;

using std::endl;

//貌似我使用g++编译，定义为空不能通过

//#define __STL_TEMPLATE_NULL

#define __STL_TEMPLATE_NULL template<>

template <class key>

struct hash

{

    //重载函数调用运算符

    void operator()()

    {

        cout<<"hash<T>"<<endl;

    }

};

template<>

struct hash<char>

{

    void operator()()

    {

        cout<<"hash<char>"<<endl;

    }

};

__STL_TEMPLATE_NULL

struct hash<unsigned char>

{

    void operator()()

    {

        cout<<"hash<unsigned char"<<endl;

    }

};

int main()

{

    hash<long> t1;

    hash<char> t2;

    hash<unsigned char> t3;

    t1();//函数对象和函数指针类似，可以作为可调用对象

    t2();

    t3();

}

　　运行结果：

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数据结构（trie，启发式合并）：HDU 5841 Alice and Bob
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STL源码剖析—stl_config

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