STL源码剖析之序列式容器

最近由于找工作需要，准备深入学习一下STL源码，我看的是侯捷所著的《STL源码剖析》。之所以看这本书主要是由于我过去曾经接触过一些台湾人，我一直觉得台湾人非常不错（这里不涉及任何政治，仅限个人感受），在技术上他们比较严谨，在为人处世上也非常谦虚，所以一些台湾的技术资料我觉得是值得一看的。

想要学习STL源码的设计，其实应该是从空间适配器（allocator）和迭代器（iterators）开始看起的，但是我没有对这两个部分做深入研究，主要原因是最近实在太忙，要写论文又要兼顾找工作，不能在这上面投入太大精力，而这两个部分又不太容易看懂，所以我决定先从容器开始看起，这样在编码时用到c++标准库的时候会更有底气。

关于容器的设计，其实我们在算法与数据结构课程里都涉及过，但是当时主要集中于理解设计理念，没有真正编过一套完整的库去应用我们学习到的知识，所以读者在学习c++标准库的时候我觉得应该结合过去数据结构的知识，关注它实现的技巧和为什么这么实现，通过学习优秀代码提升自己的编程能力。

容器分为序列式容器与关联式容器，本篇博客主要讨论序列式容器，所谓序列式容器，其中的元素都可序（ordered），但是未必有序（sorted）。C++本身提供了一个序列式容器array，STL另外再提供vector、list、deque，再以此为基础实现heap（内含vector），stack和queue（内含deque），后面会展开叙述，其实这里的stack和queue只是将deque改头换面而形成的，技术上被归类为一种配接器（adapter）。

由于篇幅，本文还是从使用者的角度介绍各个接口的设计思路。

Vector

Vector的迭代器

vector维护的是一个连续线性的空间，所以它的迭代器很好实现，只需要一个普通指针就可以（和元素类型无关），迭代器所需要的操作行为包括：operator*，operator->,operator++,operator--,operator+,operator-,operator+=,operator-=,普通指针天生就具备。，vector支持随机存取，它提供的是Random Access Iterators，普通指针也有这样的能力。所以，如果客户端写出这样的代码：

vector<int>::iterator ivite;

那么ivite的类型就是int *。

vector的构造与内存管理

vector里面有三个迭代器，start、finish、end_of_storage,分别指向当前连续空间所使用的头和尾、整块连续空间的尾。为了降低空间配置时的速度成本，vector实际配置的大小要比客户端需求量更大一些，以备将来的使用。vector空间的增长实际上是一个浩大的工程，开销非常大，它需要申请一块新的连续空间，然后把已有的内容拷贝过去，这里面每次新扩充的空间都是原空间的两倍大，这样做可以把扩充空间的时间复杂度降低到O(n)，如果每次新扩充的空间相比于原空间增加一个固定的大小m，那么无论m取何值，都可以证明最后的时间复杂度正比于n的平方。

vector元素操作：push_back,pop_back,erase,clear,insert

void push_back(const T& x) //将元素插入于vector的尾端，该函数首先检查是否还有备用空间，如果有就直接在备用空间上构造元素，调整迭代器finish，如果没有备用空间，就
                           //扩充空间（重新配置、移动数据、释放原空间）
void pop_back（） //将尾端元素删除。
iterator erase(iterator first,iterator last) //删除[first,last)中的所有元素
iterator erase(iterator position) //清除某个位置上的元素
void clear() //清除所有元素
void insert(iterator postion,size_type n,const T& x) //从position开始，插入n个元素，元素初值为x

list

list和vector是两个最常用的容器，list的特点是：每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间。list对于空间的运用有绝对的精准，而且对于任意位置的元素插入或删除的时间复杂度是O(1)，但是list不支持随机访问，它只能从头开始遍历元素，这点不如vector，因此它们的使用需要根据具体的情况具体分析。

list的迭代器

list不像vector一样可以用普通指针作为迭代器，因为其结点不保证在存储空间中连续存在。list迭代器需要能够指向list的节点，并且可以进行正确的递增、递减、取值操作、成员取用操作，其实都很简单，这里不列代码了。