C++ Primer 学习笔记_46_STL剖析（一）：泛型程序设计、什么是STL、STL六大组件及其关系

一、泛型程序设计

1、泛型编程（generic programming）：相同的逻辑和算法，对不同类型的数据进行处理
2、将程序写得尽可能通用
3、将算法从数据结构中抽象出来，成为通用的
4、C++的模板为泛型程序设计奠定了关键的基础

二、什么是STL

1、STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个高效的C++程序库。
2、包含了诸多在计算机科学领域里常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性

3、从逻辑层次来看，在STL中体现了泛型化程序设计的思想（generic programming）

（1）在这种思想里，大部分基本算法被抽象，被泛化，独立于与之对应的数据结构，用于以相同或相近的方式处理各种不同情形。

4、从实现层次看，整个STL是以一种类型参数化（type parameterized）的方式实现的

（1）基于模板(template)

（2）模板，泛型程序设计思想，STL的关系

模板为泛型程序设计奠定了基础

STL是一套C++标准模板库，体现了泛型程序设计思想，换句话说，STL是泛型程序设计思想比较成功的一套产品

三、STL六大组件及其关系

1、STL六大组件

————Container(容器) 各种基本数据结构

————Adapter(适配器) 可改变containers、Iterators或Function object接口的一种组件（之前通过deque是实现了新的容器Stack，Stack称为容器适配器）

————Algorithm(算法) 各种基本算法如sort、search…等

————Iterator(迭代器) 连接containers和algorithms，迭代器是容器与算法的桥梁

————Function object(函数对象) 

————Allocator(分配器)

2、容器算法迭代器关系

容器是数据结构，算法是逻辑，迭代器是遍历接口

3、容器

（1）容器类是容纳、包含一组元素或元素集合的对象

（2）七种基本容器：

————向量（vector）、双端队列（deque）、列表（list）、集合（set）、多重集合（multiset）、映射（map）和多重映射（multimap）

（3）标准容器的成员绝大部分都具有共同的名称

（4）序列式容器

————序列式容器Sequence containers,其中每个元素均有固定位置——取决于插入时机和地点，和元素值无关。（vector、deque、list）

（5）关联式容器

————关联式容器Associative containers，元素位置取决于特定的排序准则以及元素值，和插入次序无关。（set、multiset、map、multimap）

（6）如何选择序列式容器

【1】、需要频繁在序列中间位置上进行插入和/或删除操作且不需要过多地在序列内部进行长距离跳转，应该选择list。不支持下标操作

【2】、vector头部与中间插入删除效率较低，在尾部插入与删除效率高。支持下标操作

【3】、deque是在头部与尾部插入与删除效率较高。支持下标操作

4、迭代器

（1）迭代器Iterators，用来在一个对象群集（collection of objects）的元素上进行遍历。这个对象群集或许是个容器，或许是容器的一部分。迭代器的主要好处是，为所有容器提供了一组很小的公共接口。迭代器以++进行累进，以*进行提领，因而它类似于指针，我们可以把它视为一种smart pointer
（2）比如++操作可以遍历至群集内的下一个元素。至于如何做到，取决于容器内部的数据组织形式。
（3）每种容器都提供了自己的迭代器，而这些迭代器能够了解容器内部的数据结构。

5、算法

    算法Algorithms，用来处理群集内的元素。它们可以出于不同的目的而搜寻、排序、修改、使用那些元素。通过迭代器的协助，我们可以只需编写一次算法，就可以将它应用于任意容器，这是因为所有的容器迭代器都提供一致的接口。

6、适配器

（1）、适配器是一种接口类（构造出新的类）

【1】为已有的类提供新的接口 stack、queue

【2】目的是简化、约束、使之安全、隐藏或者改变被修改类提供的服务集合

（2）、三种类型的适配器：

【1】容器适配器：用来扩展7种基本容器，它们和顺序容器相结合构成栈、队列和优先队列容器

【2】迭代器适配器（反向迭代器、插入迭代器、IO流迭代器）

【3】函数适配器（函数对象适配器、成员函数适配器、普通函数适配器）

7、函数对象

（1）、函数对象（function object）也称为仿函数（functor）
（2）、一个行为类似函数的对象，它可以没有参数，也可以带有若干参数。
（3）、任何重载了调用运算符operator()的类的对象都满足函数对象的特征
（4）、函数对象可以把它称之为smart function。
（5）、STL中也定义了一些标准的函数对象，如果以功能划分，可以分为算术运算、关系运算、逻辑运算三大类。为了调用这些标准函数对象，需要包含头文件<functional>。

8、分配器

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。

隐藏在这些容器后的内存管理工作是通过STL提供的一个默认的allocator实现的。当然，用户也可以定制自己的allocator，只要实现allocator模板所定义的接口方法即可，然后通过将自定义的allocator作为模板参数传递给STL容器，创建一个使用自定义allocator的STL容器对象，如：
    stl::vector<int, UserDefinedAllocator> array;
    大多数情况下，STL默认的allocator就已经足够了。这个allocator是一个由两级分配器构成的内存管理器，当申请的内存大小大于128byte时，就启动第一级分配器通过malloc直接向系统的堆空间分配，如果申请的内存大小小于128byte时，就启动第二级分配器，从一个预先分配好的内存池中取一块内存交付给用户，这个内存池由16个不同大小（8的倍数，8~128byte）的空闲列表组成，allocator会根据申请内存的大小（将这个大小round up成8的倍数）从对应的空闲块列表取表头块给用户。

这种做法有两个优点：
   （1)小对象的快速分配。小对象是从内存池分配的，这个内存池是系统调用一次malloc分配一块足够大的区域给程序备用，当内存池耗尽时再向系统申请一块新的区域，整个过程类似于批发和零售，起先是由allocator向总经商批发一定量的货物，然后零售给用户，与每次都总经商要一个货物再零售给用户的过程相比，显然是快捷了。当然，这里的一个问题时，内存池会带来一些内存的浪费，比如当只需分配一个小对象时，为了这个小对象可能要申请一大块的内存池，但这个浪费还是值得的，况且这种情况在实际应用中也并不多见。
   (2)避免了内存碎片的生成。程序中的小对象的分配极易造成内存碎片，给操作系统的内存管理带来了很大压力，系统中碎片的增多不但会影响内存分配的速度，而且会极大地降低内存的利用率。以内存池组织小对象的内存，从系统的角度看，只是一大块内存池，看不到小对象内存的分配和释放。

参考：

C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++编程规范