1. vector
vector与数组array十分相似，但array是静态空间，而vector是动态空间，可以通过内部机制自行扩充空间，具有很好的灵活性。
其实现的关键在于对大小的控制和重新配置时的数据移动效率。
vector的型别定义如下:
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector{
// ...
public:typedef T value_type;typedef value_type* pointer;typedef value_type* iterator;typedef value_type& reference;typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type;
// ...
}
1.1 vector 的数据结构
很简单，就是线性连续空间，使用了三个迭代器来指示这段空间的范围
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector{
// ...
protected:iterator start; //表示目前使用空间的头iterator finish; //表示目前使用空间的尾iterator end_of_storage; //表示目前可用空间的尾
// ...
}
vector实际的配置大小一般会比需求量更大一些，我们用容量（capacity）表示vector当前的容量，而用大小（size）表示已经使用的空间大小。
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector{
// ...
public:iterator begin() {
return start; }iterator end() {
return finish; }size_type size() const {
return size_type(end() - begin()); }size_type capacity() const{
return size_type(end_of_storage - begin()); }bool empty() const {
return begin() == end(); }reference operator[](size_type n) {
return *(begin() + n); }reference front() {
return *begin(); }reference back() {
return *(end() - 1); }
// ...
}
1.2 vector的构造与内存管理： constructor， push_back
vector缺省使用第二章所介绍的alloc作为空间配置器，并用其定义了data_allocator进行配置。
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector{
protected:typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;//于是 data_allocator::allocate(n)表示配置n个元素空间// ...//构造函数，允许vector大小n和初值valuevector<size_type n,const T& value){
fill_initialize(n, value); }//填充并初始化void fill_initialize(size_type n, const T& value){
start = allocate_and_fill(n, value);finish = start + n;end_of_storage = finish;}//配置后再填充iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x){
iterator result = data_allocator::allocate(n);//根据result的性别特性决定使用fill_n()或者反复调用construct()完成uninitialized_fill_n(result, n, x);return result;}
当我们使用push_back()将新元素插入尾端时，必须先检查是否还有备用空间，若没有则必须扩充空间（重新配置、移动数据、释放原空间），一般是配置原空间大小的两倍的新空间，此时指向vector的所有迭代器都失效。
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector{
public:// 增加一個元素，做為最後元素void push_back(const T& x) {
if (finish != end_of_storage) {
// 還有備用空間construct(finish, x); // 直接在備用空間中建構元素。++finish; // 調整水位高度}else // 已無備用空間insert_aux(end(), x); }//在position插入xtemplate <class T, class Alloc>void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T& x) {
if (finish != end_of_storage) {
// 還有備用空間// 在備用空間起始處建構一個元素，並以vector 最後一個元素值為其初值。 construct(finish, *(finish - 1));// 調整水位。++finish;T x_copy = x;copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);*position = x_copy;}else {
// 已無備用空間const size_type old_size = size();const size_type len = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;// 以上配置原則：如果原大小為0，則配置 1（個元素大小）；// 如果原大小不為0，則配置原大小的兩倍，// 前半段用來放置原資料，後半段準備用來放置新資料。iterator new_start = data_allocator::allocate(len); // 實際配置iterator new_finish = new_start;try {
// 將原vector 的內容拷貝到新 vector。new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);// 為新元素設定初值xconstruct(new_finish, x);// 調整水位。++new_finish;// 将插入点到尾端的内容也考过了（因为insert也会调用insert_aux）new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);}catch(...) {
// "commit or rollback" 語意：若非全部成功，就一個不留。destroy(new_start, new_finish); data_allocator::deallocate(new_start, len);throw;}// 解構並釋放原 vectordestroy(begin(), end());deallocate();// 調整迭代器，指向新vectorstart = new_start;finish = new_finish;end_of_storage = new_start + len;}}
}
1.3 vectord的元素操作（pop_back, erase, clear, insert）
1.3.1 pop_back()
void pop_back() {
--finish; //尾端向前一格表示放弃最后一格destroy(finish); // 全域函式，建構/解構基本工具。}
1.3.2 erase()
//清除某个位置上的元素
iterator erase(iterator position) {
if (position + 1 != end()) // 如果 p 不是指向最後一個元素// 將 p 之後的元素一一向前遞移copy(position + 1, finish, position); --finish; // 調整水位destroy(finish); // 全域函式，建構/解構基本工具。return position;}//清除[first, last)上的元素
iterator erase(iterator first, iterator last) {
iterator i = copy(last, finish, first);//将last及之后元素拷贝至firstdestroy(i, finish); // 全域函式，建構/解構基本工具。finish = finish - (last - first);return first;}
1.3.3 insert()
// 從 position 開始，安插 n 個元素，元素初值為 x
template <class T, class Alloc>
void vector<T, Alloc>::insert(iterator position, size_type n, const T& x) {
if (n != 0) {
// 當 n != 0 才進行以下所有動作if (size_type(end_of_storage - finish) >= n) {
// 備用空間大於等於「新增元素個數」T x_copy = x;// 以下計算安插點之後的現有元素個數const size_type elems_after = finish - position; iterator old_finish = finish;if (elems_after > n) {
// 「安插點之後的現有元素個數」大於「新增元素個數」uninitialized_copy(finish - n, finish, finish);finish += n; // 將vector 尾端標記後移copy_backward(position, old_finish - n, old_finish);fill(position, position + n, x_copy); // 從安插點開始填入新值}else {
// 「安插點之後的現有元素個數」小於等於「新增元素個數」uninitialized_fill_n(finish, n - elems_after, x_copy);finish += n - elems_after;uninitialized_copy(position, old_finish, finish);finish += elems_after;fill(position, old_finish, x_copy);}}else {
// 備用空間小於「新增元素個數」（那就必須配置額外的内存）// 首先決定新長度：舊長度的兩倍，或舊長度+新增元素個數。const size_type old_size = size(); const size_type len = old_size + max(old_size, n);// 以下配置新的vector 空間iterator new_start = data_allocator::allocate(len);iterator new_finish = new_start;__STL_TRY {
// 以下首先將舊vector 的安插點之前的元素複製到新空間。new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);// 以下再將新增元素（初值皆為 n）填入新空間。new_finish = uninitialized_fill_n(new_finish, n, x);// 以下再將舊vector 的安插點之後的元素複製到新空間。new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);}# ifdef __STL_USE_EXCEPTIONS catch(...) {
// 如有異常發生，實現 "commit or rollback" semantics.destroy(new_start, new_finish);data_allocator::deallocate(new_start, len);throw;}
# endif /* __STL_USE_EXCEPTIONS */// 以下清除並釋放舊的 vector destroy(start, finish);deallocate();// 以下調整水位標記start = new_start;finish = new_finish;end_of_storage = new_start + len;}}
}
-
情况一：备用空间充足，且elems_after>n
n=2; elems_after=2; 备用空间end_of_storage-finish=2;
-
情况二：备用空间充足，且elems_after<=n
n=4; elems_after=2; 备用空间end_of_storage-finish=3;
-
情况三：备用空间不足容纳新增元素
n=3; 备用空间end_of_storage-finish=2;
2 list
list实质上是一个双向链表，需要提供Bidirectional Iterators。
与vector不同，list的节点并不能保证存储于连续空间，但它每插入或删除一个元素就配置或释放一个元素空间，不造成空间浪费，同时插入和删除过程也是常数空间。
2.1 list的节点(node)
template<class T>
struct __list_node{
typedef void* void_pointer;void_pointer prev;void_pointer next;T data;
}
2.2 list的迭代器
之前说过list的迭代器是Bidirectional Iterators，且需要提供递增、递减、取值、成员调用等操作。
同时，与vector更不同的是insert和splice等操作并不会导致list迭代器失效，而erase也只会导致指向被删除节点的迭代器失效。
// 串列專屬迭代器。既然撰寫串列迭代器避免不了要曝露串列的實作細節，
// 那麼就讓串列和串列迭代器一起設計好了。
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator {
// 未繼承 std::iteratortypedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;// 未繼承 std::iterator，所以必須自行撰寫五個必要的迭代器相應型別typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; // (1)typedef T value_type; // (2)typedef Ptr pointer; // (3)typedef Ref reference; // (4)typedef __list_node<T>* link_type;typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type; // (5)link_type node; // 保持與容器的聯結，指向list的节点// 构造函数__list_iterator(link_type x) : node(x) {
}__list_iterator() {
}__list_iterator(const iterator& x) : node(x.node) {
}// 迭代器必要的操作行為bool operator==(const self& x) const {
return node == x.node; }bool operator!=(const self& x) const {
return node != x.node; }// 關鍵：對迭代器取值（dereference），取的是節點的数据值。reference operator*() const {
return (*node).data; } #ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR
//成员存取运算子的标准做法pointer operator->() const {
return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */// 參考 More Effective C++, item6: Distinguish between prefix and// postfix forms of increment and decrement operators.// 關鍵：對迭代器累加1，就是前進一個節點self& operator++() {
node = (link_type)((*node).next); return *this;}self operator++(int) {
self tmp = *this;++*this;return tmp;}// 對迭代器累減1，就是後退一個節點self& operator--() {
node = (link_type)((*node).prev); // 關鍵return *this;}self operator--(int) {
self tmp = *this;--*this;return tmp;}
};2.3 list的数据结构
list是一个双向链表，仅需要一个纸箱尾端的空白节点就能表现整个链表，且满足STL的“前闭后开”区间要求。
template<class T, class Alloc = alloc>
class list {
protected:typedef __list_node<T> list_node;typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
public:typedef list_node* link_type;iterator begin() {
return (link_type)((*node).next); }const_iterator begin() const {
return (link_type)((*node).next); }// node 指向尾節點的下一位置，因此 node 符合STL對 end 的定義。iterator end() {
return node; } const_iterator end() const {
return node; }reverse_iterator rbegin() {
return reverse_iterator(end()); }const_reverse_iterator rbegin() const {
return const_reverse_iterator(end()); }reverse_iterator rend() {
return reverse_iterator(begin()); }const_reverse_iterator rend() const {
return const_reverse_iterator(begin());} bool empty() const {
return node->next == node; }size_type size() const {
size_type result = 0;distance(begin(), end(), result); // 全域函式，定義於 <stl_iterator.h>return result;}size_type max_size() const {
return size_type(-1); }// 取頭節點的內容（元素值）。reference front() {
return *begin(); } const_reference front() const {
return *begin(); }// 取尾節點的內容（元素值）。reference back() {
return *(--end()); } const_reference back() const {
return *(--end()); }protected:link_type node;
//...
}
2.4list的构造与内存管理（constructor，push_back，insert）
list使用省却alloc作为空间配置器，定义list_node_allocator以节点为单位进行配置，使得list_node_allocator(n)表示配置n个节点空间,使得配置 释放 构造 销毁更简易。
template <class T, class Alloc = alloc>
class list {
public:list(){
empty_initialize(); }//产生空链表
protected:typedef __list_node<T> list_node;//以节点为单位进行配置typedef simple_alloc<list_node, Alloc> list_node_allocator;//配置 释放 构造 销毁// 配置一個節點並傳回link_type get_node() {
return list_node_allocator::allocate(); }// 釋放一個節點void put_node(link_type p) {
list_node_allocator::deallocate(p); }// 產生（配置並建構）一個節點，帶有元素值link_type create_node(const T& x) {
link_type p = get_node();__STL_TRY {
construct(&p->data, x); // 全域函式，建構/解構基本工具。}__STL_UNWIND(put_node(p));return p;}// 摧毀（解構並釋放）一個節點void destroy_node(link_type p) {
destroy(&p->data); // 全域函式，建構/解構基本工具。put_node(p);}