源代码之分布（VC， GCC）
面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） vs. 泛型编程（Generic Programming，GP）
阅读C++标准库源码（Source Code）之必要基础：操作符重载（Operator Overloading）and 模板(Templates)
分配器（allocators）
迭代器（Iterator）的设计原则和 Iterator Traits 的作用与设计
容器之间的实现关系与分类
深度探索 vector
深度探索 list
浅谈 array & forward_list

1. 源代码之分布（VC， GCC）

VC：...\include
GCC：...\4.9.2\include\C++
- 原生标准库：...\include\C++\bits
- 扩充标准库：...\include\C++\ext

2. 面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） vs. 泛型编程（Generic Programming，GP）

问：为什么 list 不能使用 ::sort() 排序？

答：只有随机访问迭代器才能进行上述加减乘除，而 list 在内存里面是一个一个结点用指针串起来的，并不是一个连续空间，所以它所具备的迭代器是不能够跳来跳去的，它只能一个一个前进或后退。
因此标准库中的 ::sort() 所需要的迭代器是 list 中提供的迭代器所不能满足的。

操作符重载扮演了非常重要的角色。

如果需要定制特殊的算法，对特定“比大小”功能的设计就显得尤为重要。

3. 阅读C++标准库源码（Source Code）之必要基础：操作符重载（Operator Overloading）and 模板(Templates)

3.1 操作符重载（Operator Overloading）

因为之前的笔记中对操作符重载已经有比较详细的介绍，这里就不赘述了，只简单的罗列一些要注意的点：

当一个重载的运算符是成员函数时， this 绑定到左侧运算对象。成员运算符函数的（显式）参数数量比运算对象的数量要少一个。

可以（不能）被重载的运算符：

通常情况下，不应该重载逗号、取地址、逻辑与和逻辑或运算符。

3.2 模板(Templates)

模板是 C++ 中泛型编程的基础。一个模板就是一个创建类或函数的蓝图或者说公式。

模板定义以关键字 template 开始，后跟一个模板参数列表（template parameter list），其不能为空。

当使用模板时，我们（隐式地或显式地）指定模板实参（template argument），将其绑定到模板参数上。

模板类型参数前必须使用关键字 class 或 typename。
在模板参数列表中，这两个关键字的含义相同，可以互换使用。

3.2.1 模板类型

主要有类模板，函数模板和成员模板三种类型：

3.2.1.1 类模板（Class Templates）

编译器不能为类模板推断模板参数类型，因此必须显式使用。

3.2.1.2 函数模板（Function Templates）

编译器自动为函数模板推断模板参数类型。

3.2.1.3 成员模板（Member Templates）

成员模板不能是虚函数。

3.2.2 模板特化（Specialization）

模板的特化就是一个独立的定义，在其中一个或多个模板参数被指定为特定的类型。
注意：特化的本质是实例化一个模板，而非重载它。因此，特化不影响函数匹配。

特化：

偏特化（个数的偏特化和范围的偏特化）：

4. 分配器（allocators）

标准库 allocator 类定义在头文件 memory 中，它帮助我们将内存分配和对象构造分离开来。它提供一种类型感知的内存分配方法，它分配的内存是原始的、未构造的。

蓝色部分：切实需要的空间大小
灰色部分：debug mode 模式的空间需求
红色部分：cookie，帮助编译器识别此段空间的内容
绿色部分：用来调整边界，使空间分配统一化

4.1 VC6 STL 中的分配器设计

(int*)0：只为了告诉函数是 int 型

typename 后面加（）构成一个临时对象

VC 中的分配器最终就是调用 C 中的 malloc 和 free，没有任何特殊的设计

4.2 BC5 STL 中的分配器设计

4.3 G2.9 STL 中的分配器设计（侯大师推荐！可读性非常高！）

此处的设计并未被使用。

设计目的：减少额外开销（避免之前那种用cookie包起来的大量额外开销）

4.4 G4.9 STL 中的分配器设计

又用回传统方式了-。-

若要使用 G2.9 中设计的 alloc，就要像用例中那样。

5. 迭代器（Iterator）的设计原则和 Iterator Traits 的作用与设计

5.1 迭代器的设计原则

不论是泛型思维或 STL 的实际运用，迭代器都扮演者重要的角色。 STL 的中心思想在于：将数据容器（containers）和算法（algorithms）分开，彼此独立设计，最后再通过“粘合剂”将它们撮合在一起。容器和算法的泛型化，从技术角度来看并不困难，C++ 的 class templates 和 function templates 可分别达成目标。如何设计出两者之间的良好胶粘剂，才是大难题。

迭代器是一种行为类似指针的对象，而指针的各种行为中最常见也最重要的便是内容提领（dereference）和成员访问（member access），因此，迭代器最重要的编程工作就是对 operator* 和 operator-> 进行重载（overloading）工作。关于这一点，C++ 标准程序库有一个 auto_ptr 可供我们参考。这是一个用来包装原生指针（native pointer）的对象，声名狼藉的内存泄漏（memory leak）问题可藉此获得解决。简化版的 auto_ptr（源代码在头文件中）如下，可具体说明 auto_ptr 的行为与能力：


template
class auto_ptr {
public:
  explicit auto_ptr(T *p = 0):pointee(p) {}
  template
  auto_ptr(auto_ptr& rhs):pointee(rhs.release()) {}
  ~auto_ptr() { delete pointee; }

  template
  auto_ptr& operator = (auto_ptr& rhs) {
    if (this != &rhs) reset(rhs.release());
    return *this;
  }
  T& operator*() const { return *pointee; }
  T* operator->() const { return pointee; }
  T* get() const { return pointee; }
  // ...
private:
    T *pointee;
};

5.2 迭代器相应型别（associated types）

在算法中运用迭代器时，很可能会用到其相应型别（associated type）。什么是相应型别呢？迭代器所指之物的型别便是其一。假设算法中有必要声明一个变量，以“迭代器所指对象的型别”为型别，如何是好？毕竟 C++ 只支持 sizeof()，并未支持 typeof()！即便动用 RTTI 性质中的 typeid()，获得的也只是型别名称，不能拿来做变量声明之用。

那么解决办法是：利用 function template 的参数推导（argument deduction）机制。例如：


template 
void func_impl(I iter, T t)
{
  T tmp; // 这里解决了问题。T 就是 迭代器所指之物的型别，本例为 int

   //  ...  这里做原本 func() 应该做的全部工作
};

tempalte 
inline
void func(I iter)
{
  func_impl(iter, *iter);  //  func 的工作全部移往 func_impl
}

int main()
{
  int i;
  func(&i);
}

我们以 func() 为对外接口，却把实际操作全部置于 func_impl() 之中。由于 func_impl() 是一个function template，一旦被调用，编译器会自动进行 template 参数推导。于是导出型别 T，顺利解决了问题。

迭代器相应型别（associated types）不只是“迭代器所指对象的型别”一种而已。最常用的型别有五种，然而并非任何情况下任何一种都可利用上述的 template 参数推导机制来取得。于是 traits 应运而生。

5.3 Traits 编程技法——STL 源代码门钥

下面这个 class template 专门用来“萃取”迭代器的特性，而 value type 正是迭代器的特性之一：


template 
struct iterator_traits {   // traits 意为“特性”
  typedef typename I::value_type value_type;
};

这个所谓的 traits，其意义是，如果 I 定义有自己的 value type，那么通过这个 traits 的作用，萃取出来的 value_type 就是 I::value_type。

根据经验，最常用到的迭代器相应型别有五种： value type（迭代器所指对象的类型），difference type（两个迭代器之间的距离），pointer，reference，iterator category（迭代器的分类）。

C++ 标准库中只出现过以下三种相应型别：

声明一个无法赋值（因 const 之故）的暂时变量，没什么用！因此，如果迭代器是个 pointer-to-const，我们应该设法令其 value type 为一个 non-const 型别。利用偏特化，我们就可进行如下设计：

完整的 iterator_traits 如下：

除了 iterator traits 以外，标准库里还设计了各式各样的 traits 满足不同的需求，如：

6. 容器之间的实现关系与分类

本图以内缩方式来表达基层与衍生层的关系。这里所谓的衍生，并非派生（inheritance）关系，而是内含（containment）关系。例如 heap 内含一个 vector。

此处 sizeof() 为控制数据结构本身所需要的空间大小，而不是放入其中的数据的占用空间。

接下来我们分门别类讲讲几种典型的序列式容器（sequential containers）。

7. 深度探索 vector

vector 的数据安排以及操作方式，与 array 非常相似。两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性：

array 是静态空间，一旦配置了就不能改变；要换个大（或小）一点的空间，就非常麻烦：首先配置一块新空间，然后将元素从旧址一一搬往新址，再把原来的空间释还给系统。
vector 是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自行扩充空间以容纳新元素。因此，vector 的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必害怕空间不足而一开始就要求一个大块头 array 了，我们可以安心使用 vector，吃多少用多少。

vector 的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率。一旦 vector 旧空间满载，如果客户端每新增一个元素，vector 内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为所谓扩充空间（不论多大），一如稍早所说，是“配置新空间——数据移动——释还旧空间”的大工程，时间成本很高，应该加入某种未雨绸缪的考虑，因此标准库中的 vector 使用了“二倍成长”的空间配置策略：

当我们以 push_back() 将新元素插入于 vector 尾端时，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，并调整迭代器 finish，使 vector 变大。如果没有备用空间了，就扩充空间（重新配置、移动数据、释放原空间）：

这段代码不仅被 push_back 用，也被 insert 用，所以还要拷贝安插点后的原内容

注意：所谓动态增加大小，并不是在原空间之后接续新空间（因为无法保证原空间之后尚有可供配置的空间），而是以原大小的两倍另外配置一块较大空间，然后将原内容拷贝过来，最后才开始在原内容之后构造新元素，并释放原空间。因此，对 vector 的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原 vector 的所以迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心！

8. 深度探索 list

8.1 list 概述

相较于 vector 的连续线性空间，list 就显得复杂许多，它的好处是每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间。因此，list 对于空间的运用有着绝对的精准，一点也不浪费。而且，对于任何位置的元素插入或元素移除，list 永远是常数时间。

list 和 vector 是两个最常被使用的容器。什么时机下最适合使用哪一种容器，必须视元素的多寡、元素的构造复杂度（有无 non-trivial copy constructor，非默认拷贝构造函数，non-trival copy assignment operator，非默认拷贝赋值运算符）、元素存取行为的特性而定。

__list_node 中 prev 和 next 的型别都为 void*，使用时还要类型转换，不太理想，其实可设为 __list_node*

list 是一个环状双向链表，所以它只需要一个指针，便可以完整表现整个链表。

如果让指针 node 指向刻意置于尾端的一个空白节点，node 便能符合 STL 对于“前闭后开”区间的要求，成为 last 迭代器。这么一来，begin() 、end()、empty()、size() 、front()、back() 等函数便可以轻易完成。

8.2 list 的迭代器

list 不再能够像 vector 一样以普通指针作为迭代器，因为其节点不保证在存储空间中连续存在。list 迭代器必须有能力指向 list 的节点，并有能力进行正确的递增、递减、取值、成员存取等操作（递增时指向下一个节点，递减时指向上一个节点，取值时取的是节点的数据值，成员取用时取用的是节点的成员），如下图：

由于 STL list 是一个双向链表（double linked-list），迭代器必须具备前移、后移的能力，所以 list 提供的是 Bidirectional Iterators。

list 有一个重要性质：插入操作（insert）和接合操作（splice）都不会造成原有的 list 迭代器失效。这在 vector 是不成立的，因为 vector 的插入操作可能造成记忆体重新配置，导致原有的迭代器全部失效。甚至 list 的元素删除操作（erase），也只有“指向被删除元素”的那个迭代器失效，其它迭代器不受任何影响。

self operator++(int) 中的 int 无意义，用来表示后置++，函数体{ }内编译器先遇到重载的“=”，调用拷贝构造 copy ctor

前++的返回值带引用，后++不带引用，是向 int 型的设计看齐，保持一致性。（不允许后++两次，而前++可以）

G4.9 中 list iterator 的实现：

与G2.9 相比复杂太多

9. 浅谈 array & forward_list

array 就是固定内存空间的 vector，而 forward_list 是“阉割版”的 list，相关知识这里就不再赘述了。

部分内容参考自《C++ Primer 中文版（第5版）》以及《STL 源码剖析》

Boolan（博览网）——STL与泛型编程（第七周）

目录

1. 源代码之分布（VC， GCC）

2. 面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） vs. 泛型编程（Generic Programming，GP）

3. 阅读C++标准库源码（Source Code）之必要基础：操作符重载（Operator Overloading）and 模板(Templates)

3.1 操作符重载（Operator Overloading）

3.2 模板(Templates)

3.2.1 模板类型

3.2.1.1 类模板（Class Templates）

3.2.1.2 函数模板（Function Templates）

3.2.1.3 成员模板（Member Templates）

3.2.2 模板特化（Specialization）

4. 分配器（allocators）

4.1 VC6 STL 中的分配器设计

4.2 BC5 STL 中的分配器设计

4.3 G2.9 STL 中的分配器设计（侯大师推荐！可读性非常高！）

4.4 G4.9 STL 中的分配器设计

5. 迭代器（Iterator）的设计原则和 Iterator Traits 的作用与设计

5.1 迭代器的设计原则

5.2 迭代器相应型别（associated types）

5.3 Traits 编程技法——STL 源代码门钥

6. 容器之间的实现关系与分类

7. 深度探索 vector

8. 深度探索 list

8.1 list 概述

8.2 list 的迭代器

9. 浅谈 array & forward_list

你可能感兴趣的:(Boolan（博览网）——STL与泛型编程（第七周）)

Boolan（博览网）——STL与泛型编程（第七周）

目录

1. 源代码之分布（VC， GCC）

2. 面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） vs. 泛型编程 （Generic Programming，GP）

3. 阅读C++标准库源码（Source Code）之必要基础：操作符重载（Operator Overloading）and 模板(Templates)

3.1 操作符重载（Operator Overloading）

3.2 模板(Templates)

3.2.1 模板类型

3.2.1.1 类模板（Class Templates）

3.2.1.2 函数模板（Function Templates）

3.2.1.3 成员模板（Member Templates）

3.2.2 模板特化（Specialization）

4. 分配器（allocators）

4.1 VC6 STL 中的分配器设计

4.2 BC5 STL 中的分配器设计

4.3 G2.9 STL 中的分配器设计（侯大师推荐！可读性非常高！）

4.4 G4.9 STL 中的分配器设计

5. 迭代器（Iterator）的设计原则和 Iterator Traits 的作用与设计

5.1 迭代器的设计原则

5.2 迭代器相应型别（associated types）

5.3 Traits 编程技法——STL 源代码门钥

6. 容器之间的实现关系与分类

7. 深度探索 vector

8. 深度探索 list

8.1 list 概述

8.2 list 的迭代器

9. 浅谈 array & forward_list

你可能感兴趣的:(Boolan（博览网）——STL与泛型编程（第七周）)

2. 面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） vs. 泛型编程（Generic Programming，GP）