STL源码剖析(二) ---vector

gcc版本: gcc 2.95.3

篇幅原因,这里先看一部分源码
vector

template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc> 
{
private:
  typedef _Vector_base<_Tp, _Alloc> _Base;
public:
  typedef _Tp value_type;
  typedef value_type* pointer;
  typedef const value_type* const_pointer;
  typedef value_type* iterator; //迭代器
  typedef const value_type* const_iterator;
  typedef value_type& reference;
  typedef const value_type& const_reference;
  typedef size_t size_type;
  typedef ptrdiff_t difference_type;

  typedef typename _Base::allocator_type allocator_type;
  allocator_type get_allocator() const { return _Base::get_allocator(); }
  ...

vecotr 本身其实是没有任何数据的
从这可以看出 vector 实际上是继承了另一个类.

_Vector_base 类的数据部分

protected:
  _Tp* _M_start; 
  _Tp* _M_finish;
  _Tp* _M_end_of_storage;

也就是说一个未初始化的vecotr 只有三根指针.
_M_start: 表示目前使用空间头
_M_finish: 表示目前使用空间尾
_M_end_of_storage: 表示目前可用空间的尾

解释一下空间的终止指针:
vecotr 的大小一共两个,一个元素的个数 —size()
另一个是 vecotr锁分配的空间的大小 --capacity()
如图:
在这里插入图片描述

int main( )
{

        vector<double> v;
            
        cout << sizeof(v) << "\n";
}

输出的结果是 24 ,正好是三根指针的大小(64 位)

继续往下看源码
源码节选
一些常用的成员函数

public:
iterator begin() { return _M_start; } //头迭代器
iterator end() { return _M_finish; } //尾迭代器
size_type size() const  //元素的个数
    { return size_type(end() - begin()); }
size_type max_size() const     //vector 可以容纳最大元素数
    { return size_type(-1) / sizeof(_Tp); }
size_type capacity() const  //整个空间的容量
    { return size_type(_M_end_of_storage - begin()); }
 bool empty() const    //是否为空
    { return begin() == end(); }

当然 vector 也重载了 [] 运算符

 reference operator[](size_type __n) { return *(begin() + __n); }
  const_reference operator[](size_type __n) const { return *(begin() + __n); }

然后看看 push_back()

  void push_back(const _Tp& __x) {
    if (_M_finish != _M_end_of_storage) { //尚且还有备用空间
      construct(_M_finish, __x); //全局函数
      ++_M_finish; //调整水位
    }
    else  //无备用空间
      _M_insert_aux(end(), __x);
  }
  void push_back() {
    if (_M_finish != _M_end_of_storage) {
      construct(_M_finish);
      ++_M_finish;
    }
    else
      _M_insert_aux(end());
  }

说明: 进行push_back() 前,首先判断是否还有剩余的空间如果有就将这个元素放到finish位置上,
如果没有备用空间,调用 _M_insert_aux()

_M_insert_aux()的一个重载版本(加了注释)

// 当push_back　内存不够时
template <class _Tp, class _Alloc>
void 
vector<_Tp, _Alloc>::_M_insert_aux(iterator __position, const _Tp& __x)
{
  if (_M_finish != _M_end_of_storage) {  //尚且有备用空间 为什么这里还有在判断一次呢? 因为这个函数处了被push_back调用>，还会被别的函数调用
    construct(_M_finish, *(_M_finish - 1));
    ++_M_finish;
    _Tp __x_copy = __x;
    copy_backward(__position, _M_finish - 2, _M_finish - 1);
    *__position = __x_copy;
  }
  else { //已经没有备用空间
    const size_type __old_size = size();
    const size_type __len = __old_size != 0 ? 2 * __old_size : 1; //先判断是否为0,因为第一次如果没有初始化,直接push_back的时候,大小为0 ,如果是0,就
    iterator __new_start = _M_allocate(__len);           // 否则就为原来的2被                                                            //放1个元素 
    iterator __new_finish = __new_start;
    __STL_TRY {    //将原vector的内容拷贝到新 vector

      __new_finish = uninitialized_copy(_M_start, __position, __new_start);
                                                                                                                      
      //拷贝安插点后的原内容(因为它也可能被insert(p,x) 呼叫)
      construct(__new_finish, __x); //为新元素设置初值
      
      ++__new_finish;
      __new_finish = uninitialized_copy(__position, _M_finish, __new_finish);
    }
    __STL_UNWIND((destroy(__new_start,__new_finish), 
                  _M_deallocate(__new_start,__len)));
    destroy(begin(), end());
    _M_deallocate(_M_start, _M_end_of_storage - _M_start);
    _M_start = __new_start;
    _M_finish = __new_finish;
    _M_end_of_storage = __new_start + __len;
  }
}

从源代码也可以看出 vector 的空间是以 2 倍增长的.
为什么要以 2 倍增长呢?
从源码可以看出,当空间不足时,是开启一个更大的空间去存放数据,而每次开辟空间后,都要将之前的数据拷贝复制到新的空间.

所以为了降低空间配置时的速度问题,vector 实际配置的大小可能比客户需求量更大一些,以备将来可能的扩充. 这便是容量(capacity) 的观念.

vector的迭代器

节选

public:
  typedef _Tp value_type;
  typedef value_type* pointer;
  typedef value_type* iterator; //迭代器

从源码中可以看出 vector 的迭代器其实就是简单的指针.

STL源码剖析(二) ---vector

vector的迭代器

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