STL源码剖析-vector

STL(Standard Template Library)

我们使用库函数非常方便，且非常高效（相对于自己实现来说）。那如此好用的模板库它的内里是什么样的？它背着我们施展了什么“魔法”呢？我决定一探究竟，相信你也是一样。我会选用部分重要代码做分析，用来提升自己，希望后来的你在我的拙见中也能有自己的收获。

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 vector

数据存储方式：线性存储（一块连续内存），类似array。

相比于内置数组（不是array哦）的优势：动态扩容。（其实也不算什么优势，数组也完全可以做，只不过它把扩容过程高效安全地封装了起来。）

相比于array，优势就更大了，array的容量开始就是定死了的，无法扩容。

使用方法

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

// unique_ptr::get vs unique_ptr::release
int main() 
{
    //初始化
    vector<int> vec;//声明，未初始化
    vector<int> vec1(2, 5);//2个5 
    vector<int> vec2 = { 1, 2, 3, 4, 5 };//直接初始化

    //读取元素
    cout << "第2个元素: " << vec2[1] << endl;
    cout << "首元素: " << vec2.front() << endl;
    cout << "尾元素: " << vec2.back() << endl;

    //插入元素
    vec1.insert(vec1.begin(), 999);//para1-插入位置，要迭代器即指针，para2-插入内容
    vec2.push_back(888);//尾部插入
    vec2.pop_back();//删除尾部，类似于stack，所以有时候也可以把vector当stack用

    //删除元素
    vec2.erase(vec2.end()-1);//参数也是迭代器类型，所以使用insert和erase时，最好用iterator来遍历

    //排序
    sort(vec2.begin(), vec2.end());//给出首位指针
    sort(vec2.begin(), vec2.begin()+3);//甚至这样也可以，因为iterator本身就是类型指针

    //遍历--下标索引访问
    cout << "vec1 : " ;
    for (int i = 0; i < vec1.size(); ++i)
    {
        cout << vec1[i] << " ";
    }

    //遍历--迭代器指针访问
    cout << "\nvec2 : ";
    vector<int>::iterator it;
    for (it=vec2.begin(); it != vec2.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
41　　　//使用指针遍历vector
　　　　auto vec = new vector<int>(10, 8);
　　　　for(int i=0; i<vec->size(); i++)
　　　　　　cout << (*vec)[i] << "  ";

    return 0;
}

好了，基本的用法就是这样。

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 底层是怎么实现的呢？

在STL源码中，vector类维护有三个迭代器（三个类型指针）start， finish， end_of_storage， 分别代表头， 尾（实际使用的）， vector 存储尾部（占用的，通常大于实际使用）。

当我们vector<TYPE>::iterator it;时，it就是TYPE* 类型指针，上述三个迭代器也是如此。

库函数的实现呢？

我们可以看出，通过上述的三个指针，几乎所有的操作都可以进行了。值得一提的是vector重载了[ ]，可以方便存取值。

需要注意的是，当我们访问尾元素时，迭代器可不是*.end()，而是*.end()-1。

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 那么我们再来探讨一下，有意思的东西。

 插入元素时，预设的end_of_storage不够怎么办？怎么进行扩容。

再看源码！

整个的流程是：

1.先申请两倍内存，判断够不够，够进入2；否则，分配需要的大小；

2.拷贝要插入点之前的内容

3.构造插入元素顺次添加到后面

4.接着把之前插入点后面的内容拷贝到新的空间中

5.释放原来空间

 

来看一下GCC的vector扩容过程，大概是，不够就扩充为原来2倍，扩充为原来2倍还不够，则扩充至需要大小。

int main()
{
    vector<int> vec;
    for(int i=0; i<20; i++)
    {
        cout << "vector size= " << vec.size() << endl;
        cout << "vector capacity= " << vec.capacity() << endl;
        //cout << "vector max_size= " << vec.max_size() << endl;
        vec.push_back(i);
    }
    cout << "最后一次, 插入100个元素 " << endl;
    vec.insert(vec.begin(), 100, 1);
    cout << "vector size= " << vec.size() << endl;
    cout << "vector capacity= " << vec.capacity() << endl;
    //cout << "vector max_size= " << vec.max_size() << endl;

    return 0;
}

但是，vector最大空间是固定的。

我用同一段代码测试vector的最大空间 ，这里有一个疑问，要是超过额定最大空间又会怎么样？最后有尝试。

int main()
{
    vector<int> vec;
    for(int i=0; i<20; i++)
    {
        cout << "Max_size = " << vec.max_size() << endl;
        cout << "size = " << vec.size() << endl;
        vec.push_back(i);
        cout << "插入 " << i << endl;
    }
    return 0;
}

（1）GCC 10¹⁹

（2）MSVC 10⁹

 

超出上述max_size后，被系统拒绝insert了，我想那是它的极限了，不能突破。

至此，我们对STL vector的实现就差不多了解了，出去侃侃也足够了。

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 代码来自《STL源码解析》，源码迸发着光辉！