STL源碼剖析(二) ---vector

gcc版本: gcc 2.95.3

篇幅原因,這裏先看一部分源碼
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 本身其實是沒有任何數據的
從這可以看出 vector 實際上是繼承了 另一個類.

_Vector_base 類 的數據部分

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

也就是說一個未初始化的vecotr 只有三根指針.
_M_start: 表示目前使用空間頭
_M_finish: 表示目前使用空間尾
_M_end_of_storage: 表示目前可用空間的尾

解釋一下空間的終止指針:
vecotr 的大小一共兩個,一個元素的個數 —size()
另一個是 vecotr鎖分配的空間的大小 --capacity()
如圖:

int main( )
{

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

輸出的結果是 24 ,正好是三根指針的大小(64 位)

繼續往下看源碼
源碼節選
一些常用的成員函數

public:
iterator begin() { return _M_start; } //頭迭代器
iterator end() { return _M_finish; } //尾迭代器
size_type size() const  //元素的個數
    { return size_type(end() - begin()); }
size_type max_size() const     //vector 可以容納最大元素數
    { return size_type(-1) / sizeof(_Tp); }
size_type capacity() const  //整個空間的容量
    { return size_type(_M_end_of_storage - begin()); }
 bool empty() const    //是否爲空
    { return begin() == end(); }

當然 vector 也重載了 [] 運算符

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

然後看看 push_back()

  void push_back(const _Tp& __x) {
    if (_M_finish != _M_end_of_storage) { //尚且還有備用空間
      construct(_M_finish, __x); //全局函數
      ++_M_finish; //調整水位
    }
    else  //無備用空間
      _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());
  }

說明: 進行push_back() 前,首先判斷是否還有剩餘的空間如果有就將這個元素放到finish位置上,
如果沒有備用空間,調用 _M_insert_aux()

_M_insert_aux()的一個重載版本(加了註釋)

// 當push_back　內存不夠時
template <class _Tp, class _Alloc>
void 
vector<_Tp, _Alloc>::_M_insert_aux(iterator __position, const _Tp& __x)
{
  if (_M_finish != _M_end_of_storage) {  //尚且有備用空間 爲什麼這裏還有在判斷一次呢? 因爲這個函數處了被push_back調用>，還會被別的函數調用
    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 { //已經沒有備用空間
    const size_type __old_size = size();
    const size_type __len = __old_size != 0 ? 2 * __old_size : 1; //先判斷是否爲0,因爲第一次如果沒有初始化,直接push_back的時候,大小爲0 ,如果是0,就
    iterator __new_start = _M_allocate(__len);           // 否則就爲原來的2被                                                            //放1個元素 
    iterator __new_finish = __new_start;
    __STL_TRY {    //將原vector的內容拷貝到新 vector

      __new_finish = uninitialized_copy(_M_start, __position, __new_start);
                                                                                                                      
      //拷貝安插點後的原內容(因爲它也可能被insert(p,x) 呼叫)
      construct(__new_finish, __x); //爲新元素設置初值
      
      ++__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;
  }
}

從源代碼也可以看出 vector 的空間是以 2 倍增長的.
爲什麼要以 2 倍增長呢?
從源碼可以看出,當空間不足時,是開啓一個更大的空間去存放數據,而每次開闢空間後,都要將之前的數據拷貝複製 到新的空間.

所以爲了降低空間配置時的速度問題,vector 實際配置的大小可能比客戶需求量更大一些,以備將來可能的擴充. 這便是容量(capacity) 的觀念.

vector的迭代器

節選

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

從源碼中可以看出 vector 的迭代器其實就是簡單的 指針.