stl三大序列容器

vector

简介

序列容器之一，vector是比较常见的，我们可以把它理解为一个动态数组，使用它的方法和c风格的数组无异，只不过它隐藏了处理动态内存的细节（这里提到动态分配，相比都应该能知道它使用的是堆上的内存）。并且它的迭代器其实就是容器元素类型的指针，因此迭代器类型是随机迭代器，因此才能实现和c风格数组指针操作类型一样，內部主要有三个迭代器，分别指向自己动态内存的开始，已经使用的内存位置的尾部，还有就是所有空闲空间的尾部，分别对应下面的iterator start 、iterator finish 、iterator end_of_storage

iterator start;
iterator finish;
iterator end_of_storage;

这里可能对空闲空间的尾部有点懵嗷，它是干啥的呢，我们c风格的数组没有这个end_of_storage啊，想要了解这个就需要知道vector隐藏的动态分配细节了，其实vector对内存的管理不是一成不变的，它会在使用过程中动态的扩容，也就是只要我们使用了vector，我们就不需要了解它的大小，可以一直向里面存储数据，直到系统的内存不足，那么要实现这样的机制，固定的大小肯定是不可以的，固定大小永远有使用完那一刻。因此vector就有动态扩容机制，这个机制非常的重要，因为好多数据结构都会采用这个机制来实现，比如redis的sds数据结构，既然很多数据结构都会采用，那么它肯定是有很多优点，我们来详细介绍一下这个动态扩容。

动态扩容

这里会触发动态扩容机制的主要有下面几个方法

vector<T>::push_back();
vector<T>::insert();

向vector里面加元素肯定会有用完剩余空间的那一刻，也就是上述三个迭代器finish == end_of_storage时，此时表示剩余空间不足了，就需要动态分配，如果我们每次分配的内存都正好能够用所有加入的元素的空间，那么finish == end_of_storage就一直成立，也就导致只要我们向vector里面加元素，就会触发动态分配机制，这是很耗时间的，因为分配堆上的内存需要系统调用，这就涉及两次上下文切换。因此我们每次分配的时候不会分配正好够用的内存，需要留有剩余空间，因此我们选择每次动态分配，二倍扩容，剩下的空间当作剩余空间减少内存分配次数，redis的sds也是2倍扩容。

动态扩容后

vector动态扩容后，紧接着就会把数据倒腾到新分配的内存位置，并释放原来的内存空间，并且更新上述三个迭代器，这里面会涉及大量的复制操作（c++11新特性好像可以使用移动语义来实现，但是要确保异常安全性的条件需要满足），并且涉及元素倒腾，那么动态扩容完后，所有的迭代器就失效了，这是个知识点。

list

list倒是没有什么特殊的，底层的实现是一个双向环形链表，因为是环形的链表，因此list只需要保存一个节点就可以遍历所有节点，并且这个节点指向一个尾部的空节点，那么就可以满足stl的左闭右开的规则。内存也是动态分配的，这个不能扩容两倍，用一个节点就分配一个节点，并且因为是链表，迭代器不是随机迭代器，只能向前或者向后遍历，并且由于是链表形式，对其元素进行删除和添加都不会导致其他迭代器的失效。这个没有特别亮眼的地方，当然介绍也少，感觉最厉害的是deque的实现，看下面

deque

简介

看完上面的vector后我们可以发现，向vector的头部插入元素时间复杂度挺高的，元素越多越慢，插入也一样。这个deque简直了，相比vector它不用保留剩余空间，并且可以常数级别插入头部，并且还可以有随机迭代器，是不是感觉很强，是不是想舍弃vector一直使用deque。等了解完具体机制在做决定吧，这个随机迭代器的随机访问和vector还是有点区别的。

随机访问的实现

这里deque有一个中控器的概念，这是个啥呢，其实就是一个指向指针的指针，中控器表示一小段连续的空间，然后里面的连续空间存着指向更大的连续空间的指针，然后这个更大的连续空间才会存储具体的数据，其实说白了，deque就是有多个连续的内存块，并在迭代器的层面实现随机访问。怎么实现的呢，这里我们把中控器叫map，中控器中存的指针指向的是叫node，这里迭代器里面有四个重要的参数

T *cur;
T *first;
T *last;
map_pointer node;

可以看出迭代器里面存的就是原始指针，cur表示当前迭代器指向的元素（node里面存的元素，node是固定大小的），first指向的是当前迭代器指向元素所在node的第一个元素，last表示最后一个元素（即使没有分配元素）。node比较重要嗷，是实现随机访问的重中之重，node表示的就是当前迭代器所指向的元素所在node的地址，也就是中控器map所存的地址，提醒一下map存的是连续地址，因此可以随机访问。其实有了这些知识，随机访问应该可以推出来了吧，我来简单说一下，比方说我们有迭代器i，我想访问i+n，那么我们就可以在迭代器查看i+n是否超过当前node的last了，超过了，就要涉及node的操作了，调整node值，在下一个node里面继续随机访问。ok了吧，是不是随机访问了，虽然需要一些判断、多次取址什么的。

实现push_front

ok解决下一个问题，怎么实现常数头插的呢，deque内部保存两个迭代器start、finish，一个指向前面的第一个节点，一个指向后面的最后一个节点，deque向里面添加元素，并不是从map的起始地址开始插入的，我们是向map连续地址的中间区域添加元素的，因此push_front和push_back都可以轻易实现

实现insert

insert方法，会先判断插入位置里最前面有多少个元素，和里最后面有多少个元素，向少的一端进行移动（copy）。因此insert会有倒腾操作，迭代器会失效，指向的位置不对了。这里会先push_front(front())或者push_back(end())在进行移动，因此扩容的操作在push_back或者push_front()中解决

动态扩容策略

在push_front时，当迭代器first里的成员cur等于成员first的时候，就要新分配node内存了，新分配的内存被迭代器first的成员node的前一个指向，并更新迭代器first，当map的向前增长到头之后，会进入一个函数判断map是否需要重新分配，重新分配的条件是map要分别的节点数的2倍是否大于当前的map_size，大于才会分配动态内存，把原来的map倒腾到新分配的内存上，并更新map_size，否则就是向前插入和向后插入不均，重新调整map内的元素，不需要重新分配，经常保持map中所使用的元素调整至中间区域。push_back也是一样的操作，因此map的重新分配是二倍扩容，但是node的分配是一个一个节点分配。