《STL源码剖析》读书笔记(二)

这部分内容主要是针对序列式容器来记录的，了解各种序列式容器的底层实现以及对源码、实现逻辑进行分析。

vector

vector
- vector是动态空间，随着元素的增加，他的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素，能够合理和灵活地运用内存。关键技术在于对其大小的控制以及重新配置时的数据移动效率。(array是静态空间，一旦配置了就不能改变，如果要换个大一点的空间，需要由用户客户端执行，首先需要配置一块新空间，再将元素从旧地址一一搬到新地址，最后将原来的空间还给系统)
- vector维护的是一个连续线性空间，支持随机存取，普通指针有这样的能力，因此vector提供的是Random Access iterators
- 数据结构：三个迭代器——start(表示目前使用空间的头)、finish(表示目前使用空间的尾)、end_of_storage(表示目前可用空间的尾)
- 满载的时候，会扩充空间：重新配置、移动数据、释放原空间
- 空间拓展的原则：如果原大小为0，则配置为1(个元素大小)，如果原大小不为0，则配置原大小的两倍，前半段用于放置原数据，后半段准备用来放置新数据。
- 所谓的动态增加大小，不是在原空间之后接续新空间，而是以原大小的两倍另外配置一块较大的空间，然后将原内容拷贝过来，然后再在原内容之后构造新元素，释放原空间。因此一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器都会失效。
- 操作
  - push_back
  - pop_back
  - erase
  - clear
  - insert

if(插入元素个数大于0){
    1. 备用空间足够，大于等于新增元素个数
        1.1 插入点之后的现有元素大于新增元素个数
            uninitialized_copy()
            移动finish
            copy_backward()
            fill()
        1.2 插入点只有的现有元素小于新增元素个数
            uninitialized_fill_n()
            移动finish
            uninitialized_copy()
            移动finish
            fill()
    2. 备用空间不够，扩展空间
        2.1 首先决定新长度：旧长度的两倍，或者旧长度+新增元素个数
        2.2 再将旧vector的插入点之前的元素复制到新空间 uninitialized_copy()
        2.3 再将新增元素填入新空间 uninitialized_fill_n()
        2.4 再将旧vector的插入点之后复制到新空间 uninitialized_copy()
}

list

list
- 每次插入或者删除一个元素，就配置或释放一个元素空间，对空间的使用绝对精准，对于任何位置的元素插入和删除都是常数时间
- list是一个双向链表，而且是一个环状双向链表，迭代器必须具备前移后移的能力，所以list提供的是Bidirectional Iterators
- 插入和删除操作不会造成原有的list迭代器失效
- 相关操作：push_back, push_front，erase, pop_front,pop_back, clear, remove,unique
- transfer迁移操作：将某连续范围的元素迁移到某个特定位置之前，技术上只是指针的移动而已。
- list不能用STL算法的sort()，必须使用自己的sort() member function，因为STL的sort函数只接受RandomAccessIterator

deque

deque
- 双向开口的连续线性空间，可在头尾两端分别做元素的插入和删除，效率为常数时间。没有容量的概念，它是以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接起来
- deque是由一段一段的定量连续空间构成，一旦有必要在deque的前端或者尾部增加新空间，便配置一段定量持续空间，串接在整个deque的头端或尾端。
- start(iterator)指向第一缓冲区的第一个元素：cur,first, last, node
  finish(iterator)指向最后缓冲区的最后一个元素的下一个位置:cur, first, last, node
  多个缓存区，每个缓存区储存多个元素
  维护一个指向map的指针map_pointer，也维护start、finish的迭代器
- 在头部或者尾部插入元素的时候，会判断是否需要扩充map(备用空间是否足够)，如果需要就付诸行动，配置一块新的缓冲区，直接将节点安置在现有的map中，设定新元素，然后改变迭代器start或者finish的状态。
- 相关操作：push_back(考虑扩充缓冲区)、push_front(考虑扩充缓冲区)、pop_back(考虑将缓冲区释放掉)、pop_front(考虑将缓冲区释放掉)、clear(回复初始状态，即保留一个缓冲区)、erase(根据position，判断移动前面的元素还是后面的元素)、insert(根据插入值的position，判断移动前面的元素还是后面的元素，挪好位置再插入值)

stack

stack
- 先进后出的结构
- SGI STL以deque为缺省情况下stack的底部结构，也可以用list作为底层结构。封闭其头端开口。
- 相关操作：empty,size, front, back, push, pop
- stack不提供走访功能，不提供迭代器

template<class T,class Sequence=deque<T> >
class stack{
    ...
}

queue

queue
- queue是一种先进先出的数据结构，有两个出口，从最底端存入，从最顶端取出，不存在遍历行为
- 相关操作：empty,size, front, back, push, pop
- 底层结构可以是deque也可以是list

heap

heap
- 不归属STL容器组件，binary max heap是priority_queue的底层机制。没有迭代器
- binary heap是一种完全二叉树，除了最底层的叶子节点，其他节点都是填满的，最底层的叶子节点从左到右不得有空隙，可用array来存储所有节点。
- 对于节点位于array的i处时，其左子节点位于array的2i处，其右节点位于array的2i+1处，其父节点为i/2(取整)
- heap可分为max-heap(最大值在根节点，STL提供)与min-heap
- push_heap算法(上溯法)
  1. 将节点放在最下层作为叶节点，填补从左至右的第一个空格
  2. 向上比较父节点与当前节点，如果叶子节点比父节点大，交换两者的值
  3. 直至到顶端，或者满足heap的次序才停止
- pop_heap算法(下溯法)
  因为取走的一定是根节点，我们必须割舍最下层最右边的叶子节点，将它的值重新安插到max-heap中，重新调整heap的结构。pop_heap后，最大元素只是被放在了底部容器的最尾端，尚未被取走。要用pop_back()操作函数。
  1. 比较左右孩子的大小
  2. 替换洞值和max(左右孩子)的值，移动洞值
  3. 往下继续调整
- make_heap算法

priority_queue

priority_queue
- 归类为container adapter，没有迭代器
- 允许用户以任何次序将任何元素存入容器中，但取出的时候一定是从优先级最高的元素开始取。
- 如果用RB tree作为priority_queue的底层机制，元素的插入和极值的取得有O(logN)的表现，但是小题大做。binary search tree(RB tree)要求输入足够随机，并且binary search tree(RB tree)不容易实现。
- priority_queue的复杂度介于queue和binary search tree之间，比较适合。binary heap满足条件。

slist

slist
- 单向链表，single linked list，与list的区别在于，list的迭代器是双向的bidirectional iterator, 而slist的迭代器是单向的forwarded Iterator。优点在于所耗用的空间更小，某些操作更快。共同点在于他们的插入(insert)、移除(erase)、结合(splice)等操作不会引起原来的迭代器失效。
- 相关操作：insert_after, erase_after, push_front

《STL源码剖析》读书笔记(二)

分类

vector

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deque

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queue

heap

priority_queue

slist

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