C++ STL标准库与泛型编程（二）分配器、List、Iterator

一、分配器 allocators

先谈谈 operator new() 和 malloc()

所有C++平台上的分配动作，最后都会调用 malloc()，销毁都会用 free()，然后根据在不同的系统(win linux unix)下去调用不同的 API 实现内存的索取。

malloc()实际分配的空间内存大小会比要求的大，会加上 cookies (记录了本次申请的模块大小) 等 额外开销，并考虑 alignment 内存对齐（详细的分配细节会在内存管理中详述）。

分配器源码

 allocator 只是以 ::operator new() 申请内存，每次申请的内存很小时，额外开销( malloc 造成 )占用的比例就很大。

上例中 allocator() 类名后面直接加一个空的圆括号，会形成一个没有名称的临时对象。

VC 与 GCC 4.9 编译器中：

1. allocator 的操作都是通过调用 C 中的 malloc() 和 free() 来实现的，因此会带来大量的额外开销。
2. allocator 的接口调用类方法会遇到很多问题，free 时不知道内存大小，但是通过对象调用的方案则不会遇到问题。

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GCC 2.9 编译器中 — 使用独有的分配器 alloc：

通过一个链表组 free list，表示其下挂的不同大小的内存元素（8,16,24......），只有每个链表组下申请的一大块内存会有 cookies 冗余，其内部的内存被分为相等的小块存储内容，以指针连接起来，小块就不再有冗余的问题。

GCC 4.9 中的 __pool_alloc 就是2.9中的 alloc。使用例：vector> vec;

容器之间的关系

 早期的STL容器之中有只有“包含”关系，没有继承。

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二、List 链表

1. List 本身只包含一个 _list_node* 4字节的指针。
2. List 中只是 typedef 了 iterator 的类型，使用时要单独声明，例：list::iterator ite;
3. List 的尾节点为空，由 iterator.end() 指出。所有的容器的 iterator 都会设计成一个 class 以满足 ++ 指向下一个元素等智能类指针操作。

iterator 的类定义，一般包含：

1. 一些必要的 typedef — 必须的五种相关类型
2. operator 重载

操作符重载仿照整数运算的形式，因为整数运算不能有 (i++)++，所以迭代器的 前++ 函数 返回类型为 引用，后++ 函数 返回类型为 类型。

重载 operator * 与 -> 时，* 为取值操作，返回引用，->可能会做赋值，返回为 指针。

G4.9 相较于 G2.9 的改进：

1. iterator 的模板参数只有一个，易于理解
2. node 结构有其 parent _List_node_base
3. node 的成员 向前向后的指针 的 type 比较精确
4. node 的成员是两个 pointer _M_next 和 prev，组成的节点作为尾节点代替 2.9 中的空尾节点

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三、Iterator 所需要遵循的原则

算法通过迭代器去操作容器，迭代器必须回答算法的五个问题。

• Associated types

1. iterator_category 迭代器类型 — 输入、输出、正向、双向、随机访问 以便采取最佳的操作方式
2. value_type — 迭代器所指的元素的数据类型
3. difference_type — 两个迭代器之间的距离应该用什么类型表现

后两种从来未被用到。     

提出问题：如果算法使用 简单指针 作为一个迭代器呢？如何回答算法所要求的这些信息？

 

• Traits (特征、特性) — 人为设计的 特征提取器

算法询问 iterator_traits， iterator_traits去询问迭代器或者简单指针（利用了偏特化）