浅谈STL---vector

1. STL中的内存管理：

        首先，先了解一下STL中是如何进行内存的分配和管理的。STL内存管理机制，是将空间配置和构造内容分开，空间分配和释放用alloc::allocate()和alloc::deallocate()，对象构造和析构用alloc::construct()和alloc::destroy()。在空间配置上，STL采用双层级配置器，第一级用malloc()和free()配置和释放内存，第二级采用的策略是：当需要的内存超过128字节时，用第一级的分配方法；当需要的内存小于128字节时，采用二级配置器分配，具体如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　将一块内存块分为大小间距为8字节的16种内存块，大小从8字节-128字节，然后用数组+链表方式管理（free_list[16]，每个free_list维护一个链表，链表里存放着大小相同的内存块）。每个数组（free_list）中存储的是大小相同的用链表连接起来的内存块。申请内存的请求到达后，先将请求的内存块大小按8的倍数对齐，然后检查所申请的内存块对应的数组中链表是否为空，若不为空则直接返回第一个节点给程序。二级配置器还维护一个内存池，若对应的数组中链表为空则像内存池申请，调用refill 函数从内存池取出空间（取空间要调用chunk_alloc函数，默认取出20个对应需求块大小）挂在该大小的数组free_list的链表下，再分配给所需程序。若内存池为空则用malloc申请。若malloc不够的话则发出异常。

 

2. vector的定义：

        vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素，它的空间配置器默认是alloc，迭代器类型是 typedef T* iterator，也就是类型T的普通指针。此外，vector维护的是一个线性的空间，所以不论元素类型是什么，普通指针都可以作为它的迭代器而满足所有操作。vector也支持随机存取。

    

3. vector的数据结构：

        vector是线性空间，它有三个迭代器指向它的连续空间，分别是：start指向空间中已被使用的头，finish指向已被使用的尾，end_of_storage指向可用空间的尾。实际上，vector分配的空间总是要比需求的空间大一些，也就是说vector的容量永远大于或等于其大小（capacity >= size）。

        在增添新元素时，如果超过当时的容量，则容量会扩充，在linux下的gcc中扩充2倍，windows下的vs中扩充1.5倍。扩充要经历“重新分配空间”、“元素复制移动”、“释放原空间”的三大操作。

 

4. vector的构造和内存管理：

        vector的空间配置器用的是alloc，它的构造函数主要用的库函数是：allocate和uninitialized_fill_n，前者负责分配内存块，后者负责在内存块上构造内容，也就是STL常用的分配内存和构造内容分离的策略。

        当用push_back添加元素时，会先检查是否有备用空间，如果有就在备用空间上调用construct函数构造元素，并调整迭代器finish使vector的size变大。

如果没有备用空间了，它内部会调用一个insert_aux的成员函数，这个函数的主要工作是：

            （1）调用allocate函数分配一块比原来大2倍的内存（gcc方式）

            （2）调用uninitialized_copy函数将原空间的旧内容复制到新空间

            （3）调用construct函数在新空间上构造新内容。

            （4）调用destroy函数析构原空间的内容。

            （5）调用deallocate函数释放原空间。

            （6）调整start、finish、end_of_storage迭代器的位置。

        在上述过程中一旦发生异常，则回滚事件：对新空间调用析构和释放函数。

        （ps：insert_aux在insert函数时也会被调用，此时会有插入点position，所以（2）（3）要改为：（2）复制旧空间position之前的内容，（3）构造新内容，（4）复制旧空间position之后的内容）

 

 

5. vector的元素操作：

        vector的pop_back成员函数：调用destroy函数析构finish处内容，再将finish减1。

        vector的erase成员函数：先调用copy函数将要删除区间之后的数据前移，再调用destroy函数析构finish处的内容，最后调整finish，将其减小。

        vector的clear成员函数：直接调用erase析构start到end之间所有内容，但是capacity依旧是不变的。