前面介绍了STL对象的构造与析构以及内存的配置与释放,那具体的容器是怎么应用STL的空间配置器的呢?这篇先介绍STL的容器vector。

vector的数据成员

vector只有4个数据成员:3个迭代器、1个内存配置器。

STL会为每个容器都设置一个内存配置器的成员,这里的内存配置器就是前面介绍的STL空间配置器,使用了统一对外接口的类simple_alloc,即STL会为每个容器都定义一个simple_alloc类的类型成员,通过该类型成员来为容器分配内存。

vector的迭代器就是原始指针,只不过用了typedef将迭代器的类型变为了iterator,其实它就是T* 。vector的3个迭代器分别指向当前内存的起始地址(start)、最后一个数据的尾后地址(finish)、整个内存的最后地址(end_of_storage)。源码如下:

class vector
{
public:
typedef T value_type;
typedef value_type* pointer;
typedef const value_type* const_pointer;
typedef value_type* iterator;//vector迭代器就是一个原生指针
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 MiniSTL::reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
typedef MiniSTL::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
typedef alloc allocator_type; allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); } private:
typedef simple_alloc<T, allocator_type> data_allocator;
iterator start;
iterator finish;
iterator end_of_storage;

vector对象的构造

vector有多种构造函数,但做的事情都一样,即先调用内存配置器去分配一块内存,然后对这块内存初始化,最后设置3个迭代器成员,让它们指向正确的位置。

以我们平常使用最多的vector构造方法,如:vector<int> vec(10); 为例,其对应的构造函数如下,下面还将该构造过程涉及到的函数一并列出:

构造函数vector(size_type n)调用fill_initializer函数,该函数会调用allocate_and_fill函数先去分配一块内存,然后进行初始化,由于这种构造方式未提供初始值,则按T类型的默认初始化进行初始化,然后剩下工作就是设置好start、finish、end_of_storage迭代器,工作便完成。

        void fill_initializer(size_type n, const T& value)
{
start = allocate_and_fill(n, value);
finish = start + n;
end_of_storage = finish;
} iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& value)
{
iterator result = data_allocator::allocate(n);
uninitialized_fill_n(result, n, value);
return result;
} public:
vector() : start(), finish(), end_of_storage() {}
explicit vector(size_type n) { fill_initializer(n, T()); }

vector空间的动态增长

当我们向vector进行push_back时,若原内存空间未满,那很好,直接在后面添加一个元素即可。若原内存空间已满,则不能直接在其后面添加了,因为谁也不知道原空间后面的内存到底是魔鬼还是天使。

所以,若原空间内存已满,继续往vector添加元素时,会先调用内存配置数据成员,分配一块新的内存,为了减少内存分配的次数,所以既然要分配了,那干脆就多分点,所以这块新内存的大小为原空间内存的2倍。

接着,将原内存上的数据拷贝到新内存中--->析构原内存空间中的对象--->释放原内存空间--->重新设置迭代器。

vector添加元素时,会导致内存空间的重新分配,所以会导致之前的迭代器都失效。

vector要是经常这样动态增长会导致程序效率下降,所以可以调用vector的reserve函数预先分配一大块指定大小的内存,以减少内存重分配次数。

对照下面源码分析。当finish和end_of_storage相等,则知道已经没有剩余空间了,push_back会调用insert_aux函数完成剩下全部工作。insert_aux函数调用allocate函数分配原空间2倍大小的新内存空间,调用uninitialized_copy函数将原内存中数据拷贝到新内存,接着调用destroy析构原空间中对象,调用deallocate()释放原内存空间,并重新设置start、finish、end_of_storage迭代器。如下:

push_back :

        void push_back(const T& val)
{
if (finish != end_of_storage)
{
construct(finish, val);
++finish;
}
else
insert_aux(end(), val);
}

insert_aux :

template<typename T>
void
vector<T>::insert_aux(iterator position, const T& x)
{
if (finish != end_of_storage) //还有备用空间
{
construct(finish, *(finish - ));
++finish;
T x_copy = x;
copy_backward(position, finish - , finish - );
*position = x_copy;
}
else
{
const size_type old_size = size();
const size_type len = old_size != ? * old_size : ; //2倍原空间大小
iterator new_start = data_allocator::allocate(len);
iterator new_finish = new_start; try {
new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);
construct(new_finish, x);
++new_finish;
new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);
}
catch(...) {
destroy(new_start, new_finish);
data_allocator::deallocate(new_start, len);
throw;
} destroy(begin(), end()); // 析构原内存空间的对象
deallocate(start, end_of_storage - start); // 释放原内存空间
start = new_start;
finish = new_finish;
end_of_storage = new_start + len;
}
}

有关vector空间的动态增长的详细介绍可参考我的另一篇文章:http://www.cnblogs.com/zxiner/p/7197327.html

 

(全文完)

附:
一款简易版STL的实现,项目地址:https://github.com/zinx2016/MiniSTL/tree/master/MiniSTL

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