C++ STL体系结构

1. 初识STL

       STL全称为标准模板库（Standard Template Library）。设计STL的初衷是为了实现一种可重复利用的东西，以及一种可以制造出”可重复运用的东西”的方法。它与C++ Standard Library并不完全相同，前者是后者的子集，但STL几乎包含了C++标准库的绝大多数内容。STL属于泛型编程（Generic Programming）的重要例子，与面向对象继承编程不同，泛型编程主张将数据和方法分开，两者分开开发，但两者采用迭代器进行连接。

• C++标准库头文件无.h
• 标准库的所有新式组件均放在std命名空间内，可采用using namespace std 或 using std::组件

2. STL相关知识学习网站

• https://cplusplus.com/
  

• https://zh.cppreference.com/
  

3. STL体系结构

       STL由六大组件构成，分别为容器、算法、迭代器、仿函数、适配器、分配器。

1. 容器（containers）：各种数据结构，例如vector、list、deque、set、map
2. 算法 （algorithms）：各种常用算法，操作容器中的元素，如sort，search，copy，erase…
3. 迭代器（ iterators) ：扮演容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”
4. 仿函数( functors) ：行为类似函数，可作为算法的某种策略( policy)
5. 配接器( adapters) ：又称适配器，一种用来修饰容器( containers）或仿函数（ functors)，将一个类的接口转换为另一个类的接口，使得原本不兼容不能合作的类可以一起合作
6. 配置器( allocators) ：负责空间配置与管理。从实现的角度来看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class template。

4. STL六大组件之间的关系

       容器通过空间配置器分配内存空间，存储该种数据结构类型的数据，算法通过迭代器操作容器内的数据集，仿函数可以协助算法完成不同的策略变化，配接器可以修饰或套接仿函数。

5. STL六大组件使用例子

       下例使用了容器、算法、迭代器、仿函数、适配器、分配器。其中，分配器allocator可以不写，源码中由默认的分配器。

6. 初识容器

序列型容器：数组（array），动态数组（vector），双向队列（deque），双向链表（list），单向链表（forward list），单向队列（queue），栈（stack）。插入快，查找慢。

• 数组（array）：提前分配好固定大小的数组，不可扩充；
• 动态数组（vector）：可向尾部填充元素，数组大小可变。当数组空间不够时，分配器会分配一个更大的内存，然后进行数据拷贝；
• 双向队列（deque）：头部、尾部均可入队出队；
• 双向链表（list）：可双向查找的链表；
• 单向链表（forward list）：仅可单向查找的链表；
• 单向队列（queue）：先进先出，只能在队尾进，只能在队头出（源码中用deque实现），不提供迭代器；
• 栈（stack）：先进后出，只能在栈顶进或出（源码中用deque实现），不提供迭代器；
  
  关系型容器：Set（元素不可重复）、Map（key不可重复），内部采用红黑树实现。Multiset 和Multimap分别表示元素可重复和key可重复。插入慢，查找快。
  
  无序型容器：Unordered Set，Unordered Map。采用hash表实现索引。也是关联型容器，查找快。
  

7. 初识分配器

       分配器用于给各种容器分类存放数据的内存空间，标准库提供默认的空间分配器std::allocator，当然标准库以外的有提供其他分配器，需要自行包含头文件#include。不建议直接使用分配器分配容器以外的内存，因为其不好用，需记忆分配多少内存，释放时也许表明释放多少内存。建议容器之外分配内存采用new/delete，malloc/free。

7.1 其他分配器

       std::allocator之外的分配器：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

不同分配器分配内存并释放内存：需要指明申请内存大小，以及释放内存大小

7.2 为什么需要其他的分配器

       无论是new操作符，还是空间分配器allocator，本质上都是调用malloc进行内存分配；delete 和deallocator，本质上时调用free进行内存释放。通过 malloc 分配的内存，会在内存前后加上 cookie，以记录内存分配的总大小。因此，malloc每次分得的内存大小总是大于表面上申请的内存大小（申请的内存大小+该块内存的cookie信息）。当频繁多次申请小块内存，则每小块内存均会附带一个cookie，效率很低。STL默认的std::allocator只是以全局的operator new完成allocate（），没有任何特殊设计。


        为了提高内存使用效率，也就是要减少malloc的次数。下例分配器为G2.9版本的alloc(目前的__pool_alloc采用16个链表管理内存，每个链表管理同样大小的内存块，0号链表每块内存为8字节，1号链表每块内存为16字节，依次以8的倍数增长。当程序需要用到某一个大小的内存块时，首先看链表中是否有该大小的内存块链表，如果没有则一次性malloc申请一大块，只有一个cookie信息，然后切割为若干个该大小的小内存块，用单向链表连接。