STL总结

发布时间 2023-04-18 10:39:04作者: 时间在哪
本文参考:STL源码剖析
一、概述
STL是Standard Template Library的简称,它是一套C++标准模板库,它借助模板实现了一些常用的数据结构与算法,给开发带来了极大的便利。
二、六大组件
STL有六大组件,分别为容器(containers)、算法(algorithms)、迭代器(iterators)、仿函数(functors)、适配器(adapter)、配置器(allocators)。
2.1 容器(containers)
容器是各种数据结构的实现(vector、list、dequeue、queue、stack、set、map),从实现上,它是一种类模板。在使用STL方面,我们接触最多的就是容器。
2.2 算法(algorithms)
常见的算法有sort(排序)、search(搜索)、copy(拷贝)等等,从实现上,它是一种函数模板。
2.3 迭代器(iterators)
迭代器是容器和算法之间的桥梁,算法通过容器的迭代器来进行操作。迭代器可以看作是一种智能指针,它支持原生支持的一般操作,如*,->,++,–等。从实现上,它是一种类模板,通过重载operator*、operator->、operator++等运算符来实现和原生指针类似的功能。
2.4 仿函数(functors)
仿函数是一种行为类似函数,可作为算法的策略。从实现上,它是一种类模板,通过重载operator()符号,来达到类似函数一样可以被调用的效果。
2.5 适配器(adapter)
适配器是一种可以用来装饰容器、仿函数、迭代器的东西,它可以包含旧的对象,重新修改调用接口,底层实现依旧是通过旧的对象,从而来达到特定的功能。
2.6 配置器(allocators)
配置器负责空间的配置和管理,从实现上,它是一种用于分配内存、释放内存的类模板。在使用方面,配置器并不会暴露给使用者,但它作为一个幕后工作者,发挥着巨大作用。
每个容器都指定一个空间配置器,缺省的情况下指定的空间分配器为alloc,alloc是STL已经实现好的一个空间配置器。
分配空间调用指定的空间配置器的静态分配函数allocate,释放内存调用指定的空间配置器的静态释放函数deallocate。
alloc由两级空间配置器,分别为第一级空间配置器和第二级空间配置器。
第一级空间配置器实际通过malloc分配内存,通过free释放内存。调用malloc分配内存失败时会调用处理函数处理,然后再重新调用malloc分配,分配成功则返回。这种方式的优点是简单,但是它会使得内存碎片化和使用率不高。
第二级空间配置器为了解决第一级空间配置器的缺点,对内存做了精细的管理。理论上这个空间配置器非常的好,但令人疑惑的是,STL并没有沿用下来,反而使用的是第一级空间配置器。(这句需要考证一下。)二级空间配置器内部会维持一个内存池,内存池每次分配内存都会分配一大块内存,并维护一个指针数组free_list,free_list有16项,每一项都维护一个对应大小的内存块链表,大小分别是8、16、24、... 、120、128。分配内存时,如果分配的内存大于128字节直接调用malloc进行分配,否则从free_list找到指定内存块大小的链表,如果该链表上没有内存块,那么就从缓存块中获取内存20个节点大小的内存(如果剩余空间大于1个节点大小但不到20个节点大小,那么就获取最大节点的内存;如果剩余空间小于1个节点,就将剩余内存添加到指定的链表中,然后调用malloc重新分配大块内存,并继续从缓存块中获取20个节点大小的内存。),同时将一个节点大小的的内存返回,剩余内存添加到free_list指定的链表中。释放内存时,如果大于128直接调用free将其释放,否则将内存放回到free_list中指定内存块大小的链表的最前端。具体过程见参考文档
各个组件的关系如下: