C++ STL学习笔记(5) Vector容器， array容器，deque容器

动态增长的数组vector，当它放入的元素满了的时候，会自动的扩充内存，但是，在计算机中内存不能够实现原地扩充，因为在申请了一块固定大小的内存之后，这块内存不管有没有用完，他后面的内存都有可能别的内容被占用。所以扩充的过程是在内存中别的地方找到一块足够大的内存，把原来的东西搬过去。

vector的内部示意图：

vector关键部分的实现代码： finish指向的是最后一个元素的后一个位置

可以先看一下vector定义的插入元素的方法，因为内存的扩容是发生在插入元素而内存不足的时候：

可以看到，在插入元素的时候，如果内存不足，会调用insert_aux的函数：

可以看到，insert_aux函数会开始的时候检查是否空间可用（很奇怪为什么到这里了还要检查空间是否够用，如果够用，则将元素继续插入到容器中，否则再次重新扩充内存，实际上，insert_aux函数不是是在这里被调用，它在其他地方也被调用，作为插入元素的函数，所以就会在刚开始的时候检查内存时候够用，这主要是针对别的地方调用它插入元素的时候使用的），可以看到，具体的内存扩充的代码在else语句里面，具体的实现如下所示：

所以在使用vector的时候，应该考虑到，在每次扩充内存的时候，会涉及到大量元素的拷贝动作，此时会调用拷贝构造函数，当拷贝完成后，释放掉原来的内存，需要同样调用析构函数，这是非常损耗性能的。

Vector的迭代器：

vector中迭代器的设计如下：

vector中迭代器的实现与前面讲的基本一样，也需要满足Iterator的一些基本的特征。

Array容器：

array本身就是C++种的数组，将它包装成容器，它就可以C++种容器的规律，比如可以提供迭代器，以便于让算法进行相应的操作，如果不将它数据进行这样的包装，数组就会被摈弃在STL的六大部件之外，失去了和这些部件之间的联系。

array的具体实现：

dequeue容器：
双向队列，内部的结构：

deque采用分段的方式(buffer)，map指向的元素是一个指针，而这个指针指向的是buffer,所以map是一个只想指针的指针，存储map所指向的元素的容器是一个vector,。每一段buffer的元素满了的时候，deque会继续申请一块同样大小的内存，然后将内存的指针向前或者向后放入到map中，从而实现deque向前或者向后扩充。

deque的迭代器：

deque的迭代器有四个元素，cur, first,last, node, first指向内存段buffer的起始位置，last指向内存段buffer中最后一个元素的后一个位置（超尾），cur指向当前的元素，node指向当前buffer的指针， 也就是说指向vector中对应的指针。

可以看到dequeue的定义如下所示：

deque类中的定义的成员，可以看到map的类型，确实是指向指针的指针，还有迭代器start,  finish.,以及对应的begin(),end()方法。

下面可以看一下迭代器的具体实现，有助于理解上面的原理图：

可以看到迭代其中的四个元素，node的类型也可以知道，即node是指向指针的。

deque<T>::insert( )方法：

在deque中插入元素，deque会智能的通过插入的元素的位置而决定调用的方法：如果靠近头部，则会将插入元素到头部，如果靠近尾部，则会将元素插入尾部，否则，会采取另一种插入方法。

deque如何模拟连续空间：通过 deque iterator实现，可以看到deque内部定义的方法：

可以看到，size方法中，出现了两个迭代器相减，所以这个减法是一个重载的运算符，两个迭代器相减，返回荣光期内元素的个数，所以减号运算符的重载方法是：finish-start是map中元素的个数，而每个map中元素指向的buffer中有固定个数的元素(buffer size)，所以可以根据这些值计算出容器中元素的个数。它的具体的实现如下所示：

其中，node是map种元素的指针(map种元素的内存是连续的)。所以（node - x.node - 1）就是map_size.

cur-first是当前迭代器种多出来的元素（没有放满一个buffer）

x.last-x.cur是另一个参与运算的迭代器中多出来的元素（没有放满一个buffer）

迭代器中++,--的实现：

// 前缀加
self& operator++()     
{
	++cur;    // 切换到下一个元素
	if (cur == last)   // 当前的buffer已经放满了
	{
		set_node(node + 1);     // 跳到下一个node 节点  map中的下一个元素
	}
	return *this;
}
 
// 后缀加
self& operator++(int dummy)
{
	self tmp = *this;
	++*this;       // 在后缀加中调用前缀加
	return tmp;
}

还有其他一些方法的实现，+=，-=等运算符的重载，

例如，在重载迭代器的+=运算符的时候，需要考虑到，每次加了之后，是否会超出当前的buffer,如果从超出，就需要切换到下一个node,具体的实现思路如下所示：

deque容器其他方法的实现也与此类似，都与要考虑到节点的切换问题：

容器，queue, stack

从上图可以看出queue,stack和deque的关系，在实现queue，stack的时候，不需要再重写一个queue和stack，我们只需让他们内含一个deque,然后再禁止deque中的某些方法即可，实现方法如下所示：

stack的实现：

 

-------------------------------------------------------end---------------------------------------------------------