C++ 头文件系列(vector)
简介
vector头文件包含vector的类模版以及该模版的显示特化版本vector< bool >。
vector是C++容器库中非常通用的一种容器,如果你不知道该决定使用哪一种容器,或者没有足够的理由使用其它容器,那么就用它,没错的!
从整体上来看,vector就像是一种动态数组,它拥有数组的所有功能并且能够动态增长。 它主要有以下性质:
- 序列性容器
- 动态增长
- 可定制的内存分配策略
内存分配器
如果在一些特殊的应用场景中,默认的内存分配策略拉低了运行效率,这时候自定义的内存分配其就会站出来帮你了~
内存分配器主要用在STL Containers中,为容器合理的分配内存,默认使用位于memory头文件中的allocator。 我们也可以自定义内存分配器,但需要满足一些要求:
Other allocators may be defined. Any class Alloc for which allocator_traits
上面这段摘录的文字表明,任何能够实例化allocator_traits模版并且带有合适成员函数的类Alloc都能作为容器的内存分配器使用。 再来看allocator_traits:
The non-specialized version provides an interface that allows to use as allocator just any class that provides at least a public member type value_type and public member functions allocate and deallocate (see example).
这段话说,任何至少提供了一个公开成员类型value_type和公开成员函数allocate和deallocate的类都可以被允许作为内存分配器。
总的来说,自定义一个内存分配器,你最少需要:
- 定义value_type类型
- 定义allocate成员函数
- 定义deallocate成员函数
特殊函数
由于vector是动态数组,它的大部分设计是与array类模版类似的,这里就不再赘述了。 我们来看看那些不一样的的地方。
resize VS shrink_to_fit
这两个函数是比较特别的,从字面上看它们都是改变大小为固定值。 但实际上两者是有区别的,我们来看它们的函数原型:
void resize (size_type n);
void shrink_to_fit ();
一眼就能看出,两者的参数不一样:resize传入一个数值,作为新的容器大小;而shrink_to_fit则没有参数。 那我们不禁要问了,既然shrink_to_fit没有指定新的容器大小,它怎么改变呢?
这就揭示了两者语义上的不同----一个是改变大小至给定值,另一个是缩小容器容量(capacity)至容器大小(size)。 也就是说,它们影响的是容器的两个不同方面。 同时需要指出的是, shrink_to_fit调用发出的是请求,调用后容器容量可能被按预期缩小到容器大小了,也有可能比容器大小大;而resize调用发出的时命令,容器一定会被重新调整大小至给定值。
C接口
vector提供了一个接口以供开发者直接在内部数组(vector内部以数组实现)上直接对元素进行操作:
- value_type* data() noexcept;
顺道一提,vector与array一样,是元素之间的内存连续的(contiguous)。
vector< bool >显示特化
非常有意思的是vector
为什么
为什么会出现这样一个特殊的模版特化呢? 因为语言支持的最小单位一般是字节(char、unsigned char),而bool的语义意味着它只需要1bit的内存。 如果用1个字节来存储bool类型,会造成极大的内存浪费,出于内存的优化考虑,就出现了这么一个特殊的东西。
它的原理非常简单,就是把每个bool用1个bit来存储,所以1个字节可以存储8个bool(在常见的机器上)。 但是这也引出了一个麻烦的问题:在语义上,我们应该可以对bool赋值、取地址、取引用等。 但是bool等于bit这种实现方式意味着我们不能够那样做。 那怎么办了,这里使用了一个C++典型的惯用法----代理(Proxy),它把reference成员理性定义为该代理,用这个代理来将内部bit转换成bool。
Flip函数
该模版特化还包含了一个额外的函数----Flip。 顾名思义,就是将所有bool都“翻转”,true -> false, false -> true。
先前提到的reference代理也有这个函数,但它是将单个bool“翻转”。 vector< bool >类模版的flip函数可能就是通过该函数实现的。