C++复习之（STL）

vector

1. 底层实现

　　Vector在堆中分配一段连续的内存空间来存放元素，是顺序容器。

　　共有三个迭代器，first：第一个元素开头位置； last：最后一个对象末尾位置；end：整个容器所占内存的末尾。因此可以通过迭代器运算来计算容器的对应空间。

 

 

 

　

 

 

 

2. 扩容

　　如果集合已满，在新增数据的时候，就要分配⼀块更⼤的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，在插⼊ 新增的元素 所以对vector的任何操作，⼀旦引起空间᯿新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。

　　size()返回当前元素的个数；capacity()当前容器容量。当capacity() == size()是，容器扩容。

　　两种扩容方式：固定扩容和翻倍扩容，前一个空间优先，后一个时间优先。

　　resize() 改变当前元素的数量，如果resize值小于当前的size，那么会将后面的元素舍弃。

　　reserve()改变当前容器的容量大小，如果reserve(len)的值 > 当前的capacity()，那么会᯿新分配⼀块能存len个对象的空间，然后把之前的对象通 过copy construtor复制过来，销毁之前的内存;当reserve(len)中len<=当前的capacity()，则数组中的capacity不变，size不变，即不对容器做任何改变。

 

3. 成员函数

　　push_back()   emplace_back(),插入一个元素，先判断内存是否足够，如果足够直接插入，不够先进行扩容再插入。

　　pop_back(),移出最后一个元素。

　　erase()，移出一个或一段元素。

　　swap(),交换两个vector的size，capacity，用于内存缩减，在一定程度上可以代替clear()和shrank_to_fit()函数。

　　

List

 

1.  底层实现

 

　　双向链表。

 

                        

2. 成员函数

　　emplace_front()、emplace_back() ：在头或尾部生成元素

　　pop_front()、pop_back() ：头或尾部删除元素

　　empalce() ：插入元素

　　erase() ：删除元素

　　splice() : 将一个 list 容器中的元素插入到另一个容器的指定位置。

　　remove_if() : 删除容器中满足条件的元素。

　　unique():删除容器中相邻的重复元素，只保留一个。

　　merge() : 合并两个事先已排好序的 list 容器，并且合并之后的 list 容器依然是有序的。

　　sort():通过更改容器中元素的位置，将它们进行排序。

　　reverse():反转容器中元素的顺序。

 

deque

讲得较好博客：C++复习篇(9)-详解deque、stack、queue的实现原理 (qq.com)

1. 底层实现

　　是一个双端数组，使用上看起来是连续的，但在物理层面是由多段连续空间缓冲区组成，并用一个map(与STL的map不是同一个东西)存储每个缓冲区的首地址。因此相对于vector来讲，deque在首端也可以以O(1)的复杂度增删元素，但是由于其查找元素中间过程更多，效率是低于vector的。

　　除了维护map，还维护一个start和finish迭代器，由四部分组成，第一个缓冲区首元素地址，最后元素地址，当前存储位置地址，起始结点；最后一个缓冲区首元素地址，最后元素地址，当前存储位置地址，末尾结点。

 

2. 扩容方式

　　在尾部插入元素，如果需要申请新的缓冲区，改变finish迭代器；

　　在头部插入元素，如果需要申请新的缓冲区，改变start迭代器；

　　map内存不够，则扩容方式和vector类似。

 

stack 和 queue

1. 底层实现

　　stack 和 queue底层实现是利用deque，是配接器。 　　

　　stack 先入后出，无法遍历，没有迭代器；queue 先入先出，无法遍历，无迭代器。

 

map、unordered_map 和 set、unordered_set

1. 底层实现

　　map和multi_map的底层实现是红黑树，内部元素排列是有序的；

　　unordered_map底层实现是哈希表(实现方式是vector＋链表)，元素的排列顺序是杂乱⽆序的。哈希表中的vector是以质数设计表格大小扩容的，使用质数可以有效减少哈希冲突。哈希表的大小取决于一组质数，原因是在hash函数中，你要用这些质数来做模运算(%)。而分析发现，如果不是用质数来做模运算的话，很多生活中的数据分布会集中在某些点上，会出现哈希冲突。所以为了减少哈希冲突而采用了质数做模的除数。且迭代器只能向前不能后退。使用链地址法解决哈希冲突。

　　map和set的区别在于map有是键值对，相当于字典，把⼀个值映射成另⼀个值；set只有键，⽤来判断某⼀个元素是不是在⼀个组⾥⾯。

 

STL的内存优化

二级分配机制 第一级，大于128bytes时，直接调用malloc申请内存； 第二级，小于128bytes时，维护一个大小为16的链表数组组成的内存池，内存大小分别为8、16....128bytes。根据输入大小，向上取8的整数倍，在相应链表元素中寻找，若元素为空（说明被占用），则调用refill函数，申请最多20个内存块。