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STL"源码"剖析-重点知识总结
C++STL自己总结

容器（Containers）：各种数据结构，如：vector、list、deque、set、map。用来存放数据。从实现的角度来看，STL容器是一种class template。

序列式容器

所谓序列式容器，其中的元素都可序，但未必有序，C++本身内建了一个序列式容器array，STL另外提供了vector、list、deque、stack、queue、priority-queue等序列式容器。其中stack和queue由于只是deque改头换面而来，技术上被归为一种配接器 (adapter)。

vector

vector 采用的数据结构非常简单：线性连续空间。它以两个迭代器 start 和 finish 分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器 end_of_storage 指向整块连续空间(含备用空间)的尾端。

注意：所谓动态增加大小，并不是在原来空间之后接续新空间(因为无法保证原空间之后尚有可供分配的空间)，而是以原来大小的的两倍另外分配一块较大空间，然后将原内容拷贝过来，然后才开始在原内容之后构造新元素，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效啦。

list

相对于vector的连续线性空间，list就显得复杂许多，它的好处就是插入或删除一个元素，就配置或删除一个元素空间。
对于任何位置的元素的插入或删除，list永远是常数时间。
list本身和节点是不同的结构，需要分开设计。以下是STL list的节点node结构：

template <class T>
class __list_node {
    typedef void* void_pointer;
    void_pointer prev;
    void_pointer next;
    T data;
};

这是一个双向链表
SGI list不仅是一个双向链表，而且是一个环状双向链表。只需一个指针就可遍历整个链表。

deque

• deque 和 vector 的最大差异，一在于 deque 允许常数时间内对起头端进行插入或移除操作，二在于 deque 没有所谓容量 (capacity) 概念，因为它是以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间连接起来。
• deque由一段一段连续空间组成，一旦有必要在deque的前端或尾端增加新空间，便配置一段连续空间，串接在整个deque的前端或尾端。deque的最大任务，便是在这些分段的连续空间上，维护其整体连续的假象，并提供随机存取的接口，避开了“重新配置、复制、释放”的轮回，代价是复杂的迭代器结构。
  
  deque迭代器
  　　迭代器首先必须指出分段连续空间在哪里，其次它必须能够判断自己是否已经处在缓冲区的边缘，如果是，一旦前进或后退就必须跳跃下一个缓冲区，为了能够正常跳跃，deque必须随时掌握管控中心。

template <class T, class Ref, class Ptr, size_t BufSiz>
struct __deque_iterator { // 未继承 std::iterator
    // 保持迭代器的连接
    T* cur; // 此迭代器所指之缓冲区的现行（ current）元素
    T* first; // 此迭代器所指之缓冲区的的头
    T* last; // 此迭代器所指之缓冲区的的尾（含备用空间）
    map_pointer node; // 指向管控中心
    ...
};

假如deque中已经包含了20个元素了，缓冲区大小为8，则内存布局如下：

stack

• stack是一种先进后出(First In Last Out，FILO)的数据结构，它只有一个出口。
• stack允许增加元素、移除元素、取得最顶端元素。但除了最顶端外，没有任何其他方法可以存取，stack的其他元素，换言之，stack不允许有遍历行为。
• stack默认以deque为底层容器。
• 由于 stack 系以底部容器完成其所有工作，而具有这种 "修改某物接口，形成另一种风貌" 之性质者，称为 adapter(适配器)，因此，STL stack 往往不被归类为 container(容器)，而被归类为 container adapter
  

queue

• queue是一种先进先出(First In First Out，FIFO)的数据结构，它有两个出口，允许增加元素、移除元素、从最底端加入元素、取得最顶端元素。但除了最底端可以加入、最顶端可以取出外，没有任何其他方法可以存取queue的其他元素，换言之，queue不允许有遍历行为。
• queue默认以deque为底层容器。

heap

priority_queue

slist

关联式容器

标准的 STL 关联式容器分为 set (集合) 和 map (映射表) 两大类，以及这两大类的衍生体 multiset (多键集合) 和 multimap (多键映射表) 。这些容器的底层机制均以 RB-tree (红黑树) 完成。
此外，SGI STL 还提供了一个不在标准规格之列的关联式容器：hash table (散列表)，以及以此 hash table 为底层机制而完成的 hash_set (散列集合)、hash_map (散列映射表)、hash_multiset (散列多键集合)、hash_multimap (散列多键映射表)

set

• set的所有元素都会根据元素的键值自动排序。
• set的元素不像map那样可以同时拥有实值(value)和键值(key)，set元素的键值就是实值，实值就是键值，set不允许有两个相同的元素。
• set元素不能改变，在set源码中，set<T>::iterator被定义为底层TB-tree的const_iterator，杜绝写入操作，也就是说，set iterator是一种constant iterators(相对于mutable iterators)
• 底层机制 红黑树

map

• map的所有元素都会根据元素的键值自动排序。
• map的所有元素都是pair，同时拥有实值(value)和键值(key)。pair的第一元素为键值，第二元素为实值。map不允许有两个相同的键值。
• 如果通过map的迭代器改变元素的键值，这样是不行的，因为map元素的键值关系到map元素的排列规则。任意改变map元素键值都会破坏map组织。如果修改元素的实值，这是可以的，因为map元素的实值不影响map元素的排列规则。因此，map iterator既不是一种constant iterators，也不是一种mutable iterators。
• 底层机制 红黑树

multiset

• multiset 的特性以及用法和 set 完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复，因此它的插入操作采用的是底层机制 RB-tree 的 insert_equal() 而非 insert_unique()。

multimap

• multimap 的特性以及用法和 map 完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复，因此它的插入操作采用的是底层机制 RB-tree 的 insert_equal() 而非 insert_unique()。

hash table 散列表

二叉搜索树具有对数平均时间表现，但这样的表现构造在一个假设上：输入数据有足够的随机性。hashtable这种结构在插入、删除、查找具有“常数平均时间”，而且这种表现是以统计为基础，不需依赖元素的随机性。

hashtable底层数据结构为分离连接法的hash表，如下所示：

hashtable中的buckets使用的是vector数据结构，当插入一个元素时，找到该插入哪个buckets的插槽，然后遍历该插槽指向的链表，如果有相同的元素，就返回；否则的话就将该元素插入到该链表的头部。(当然，如果是multi版本的话，是可以插入重复元素的，此时插入过程为：当插入一个元素时，找到该插入哪个buckets的插槽，然后遍历该插槽指向的链表，如果有相同的元素，就将新节点插入到该相同元素的后面；如果没有相同的元素，产生新节点，插入到链表头部)

hash_set

• 以 hash table 为底层机制
• 运用set，为的是快速搜寻元素。这一点，不论其底层是RB-tree或是hashtable，都可以完成任务，但是，RB-tree有自动排序功能而hashtable没有，即set的元素有自动排序功能而hash_set没有。

hash_map

• hash_map 以 hashtable 为底层结构，由于 hash_map 所提供的操作接口，hashtable 都提供了，所以几乎所有的 hash_map 操作行为都是转调用 hashtable 的操作行为结果。RB-tree 有自动排序功能而 hashtable 没有，反映出来的结果就是，map的元素有自动排序功能而 hash_map 没有。

hash_multiset

• hash_multiset 的特性与 multiset 完全相同，唯一的差别在于它的底层机制是 hashtable，因此，hash_multiset 的元素是不会自动排序的。

hash_multimap

• hash_multimap 的特性与 multimap 完全相同，唯一的差别在于它的底层机制是hashtable，因此，hash_multimap 的元素是不会自动排序的。