C++STL学习笔记(4) 分配器(Allocator)

在前面的博客《C++ STL学习笔记(3) 分配器Allocator，OOP, GP简单介绍》中，简单的介绍了分配器再STL的容器中所担当的角色，这一节对STL六大部件之一的分配器进行详细的学习，从STL源代码的角度去理解分配器的具体细节：

operator new 和malloc

在不同的平台上调用C++中的operator new，最终都会是去调用malloc去分配内存，而malloc又会根据不同的操作系统，去调用相应的API分配内存。malloc分配的内存长什么样子？

其中，size是申请的内存的大小，但是malloc会在此基础上搭配其他的东西，然后将内存地址返回。

灰色部分表示：在debug_mode 模式下会添加的东西

红色部分表示：在上下两部分添加的cookie，记录的是分配的内存的大小，因为在free的时候，只是传入了指针，而free就是通过这个区域获得要释放的内存的大小。

绿色部分表示：加上上述部分之后调整到某个边界（这部分只是大概提了一下）

从上图可以看出，malloc实际上返回给我们的东西多余我们申请的东西。

VC6中allocator的实现：

例如，调用allocator分配内存：

int* p = allocator<int>().allocate(512, (int*)0);   // 创建一个临时对象 分配内存
allocator<int>().deallocate(p, 512);                // 释放内存

Allocator对于内存的分配会有额外的开销，如上面上所述，实际分配的内存大于所需的内存(添加了额外的部分)，Gnu2.9所附的标准库中，有一个实现更优的分配器alloc,它的行为模式如下：

Gnu的分配器为了实现节省内存，他需要减少malloc的次数，所以设计了16条链表，每条链表负责不同大小的区块，第0条链表负责的是8字节大小区块，第一条负责16字节大小的区块，以此类推....所以在容器需要内存的时候，内存中元素的大小会被分配器调整到8的倍数，然后再具体确定选择哪一条链表。

分配器主要是为容器服务/

容器结构与分类：

适配器的理解：
deque --> stack, queue相当于deque的适配器，因为stack, queue中用到了deque,所以将它们称为适配器更加合适。

1. 容器list

节点的设计：

关于迭代器：
扮演指针的功能，定义为一个类：

对于vector，array这种连续内存的容器的迭代器，和其他内存不连续的对象的迭代器，是有一定的区别的。除此之外迭代器需要重载->, *, ++, --等运算符。

Iterator需要遵循的原则：

traits: 人为设计的一种萃取机，萃取出特征，有type_traits, character_traits, pointer_traits, 那么iterator_traits又是什么呢？
所以iterator_traits的作用是萃取出iterator的特征，那么iterator有什么特性呢？

前面讲过，iterator是算法和容器之间的桥梁，它让算法知道要处理的元素的范围，在算法知道要处理的元素的范围后，算法需要对元素进行一些操作，在这些操作的过程中，算法很可能需要知道这个iterator有哪些性质，从而选择一个最佳化的动作对元素进行操作，例如：
举个例子，有一个rotate函数，

可以看到rotate 函数调用了std::_rotate 和std::_iterator_category

可以看到std::_iterator_category的定义：

可以看到std::_iterator_category中调用了iterator_traits<Iter>::iterator_category,可以看到这是要萃取迭代器Iter的iterator_category特征，也就是迭代器的分类（关于迭代器的分类前面讲过，有输入迭代器，输出迭代器，前向迭代器，双向迭代器，以及random access迭代器）。

Input iterator(输入迭代器)	读,不能写	只支持自增运算
Output iterator(输出迭代器) ;	写，不能读	只支持自增运算
Forward iterator(前向迭代器)	读和写;	只支持自增运算
Bidirectional iterator(双向迭代器) ;	读和写	支持自增和自减运算
Random access iterator(随机访问迭代器)	读和写;	支持完整的迭代器算术运算

（查了一下我没记错，就是这五种）

所以说，rotate算法知道了迭代器的分类，以便他能够采取最佳的操作方式，

接着看std::_rotate函数的定义：

可以看到，这里也调用了iterator_traits,分别获迭代器（random access）的value_type, 以及difference_type

value_type: iterator所指向的元素的类型

difference_type：两个迭代器之间的距离，应该用什么数据类型来表现

（C++标准库中，共有五种迭代器特性，除了上面的terator_category， value_type， value_type，还有reference_type以及pointer_type两种特征，称之为迭代器的associative types,相关类型 , 作为一个迭代必须设计出这五种特性，以便能够回答算法的提问。）

可以看到，在rotate算法中，它需要知道iterator的三个特征。

举一个例子，list的迭代器的实现如下所示：