本周課程主要講解了OOP(面向對象)與GP(泛型編程)的對比、source code所涉及到的基礎知識(包括運算符重載、各種模板等)以及利用標準庫中的源代碼講解分配器allocators、迭代器iterator和容器list、vector、array、forword_list。
1、OOP(面向對象)與GP(泛型編程)
本節主要介紹了OOP和GP的對比。
總結該節內容如下:
(1)OOP是將datas和methods關聯在一起,而GP是將兩者分開;
(2)GP的好處是使得容器和算法團隊可以各自“閉門造車”,其間以迭代器溝通就行,同時,算法通過迭代器確定操作范圍,并通過迭代器取用容器元素;
(3)list不能調用::sort(),因為只有隨機訪問的迭代器才能調用::sort(),list不支持隨機訪問。所以list只能用自己的sort;
(4)所有算法涉及元素本身的操作,最終就是比大小。
2、源碼之必要基礎
本節簡單回顧了之前學習的操作符重載、各類模板,其中介紹了類模板分為泛化、特化、偏特化(局部特化,個數和范圍上),這里不再復述。
3、分配器allocators
本節介紹了各種編譯器環境下的分配器的實現過程,包括VC6、BC5、G2.9和4.9。
總結該節內容如下:
(1)VC6和BC5的分配器只是利用::operator new和::operator delete實現allocate和deallocate的,都沒有任何特殊設計。
(2)G2.9也是利用::operator new和::operator delete實現allocate和deallocate的,但是G2.9在容器中采用的不是allocator,而是alloc。在擴展空間時,盡量減少malloc次數,做法是創建16條鏈表,每條鏈表存放的字節是以8的倍數增長,第0條鏈表存放8字節,第1條鏈表存放16字節...。容器會和分配器要內存,容器中元素的大小會被調整為8的倍數,分配器會找到相應的鏈表上,再調用malloc分配內存,一個鏈上的每個內存塊不帶有上下cookie(8字節),只在鏈的頭尾帶有cookie,從而大幅節省額外空間開銷。
(3)G4.9使用的是std::allocator, 繼承于new_allocator, 且又是采用和VC6和BC5一樣的分配和回收方法。G4.9中有許多extention allocators,其中_pool_alloc就是alloc。
4、容器的結構與分類
容器之間是復合的關系,而不是繼承的關系,heap中擁有vector,priority-queue中擁有heap, stack和queue都擁有deque. 關聯容器set、map、multiset、multimap都擁有rb_tree(紅黑樹)。
5、容器list
本節深度探討了容器list。
總結該節內容如下:
(1)容器list為雙向鏈表,提供迭代器和一系列操作符重載,迭代器內部要定義迭代器相關的5種typedef;
(2)容器list為前閉后開,最后一個有數據的節點的下一個節點是空的,end()指向的就是這個節點,begin()指向第一個元素;
(3)容器list中++操作符實現過程為記錄原值,進行操作和返回原值,其中前++沒有參數,后++是有一個函數參數的,為了與前++進行區分。后++首先會用tmp記錄原有的指針,再對原有的指針自加,最后返回tmp;
(4)對于int變量,前++可以加兩次,后++則不行;
(5)G4.9相對于G2.9過于復雜,G2.9中list只有一個class。
6、iterator需要遵循的原則
總結該節內容如下:
(1)rotate()函數萃取iterator_category(迭代器的分類,有的只能++,有的可以--,有的可以跳躍計算),萃取difference_type(兩個iterator之間的距離)和value_type(容器中元素類型),和迭代器相關的還有兩種typedef,分別是reference和pointer,但是從沒有在標準庫中使用過;
(2)迭代器內部定義的5種迭代器相關的typedef是為了給算法調用的;
(3)iterator_traits用以分離class iterators和non-class iterators,如果iterator是class,那么會使用泛化的類模板,如果iterator是non-class,那么使用兩個偏特化類模板,一個模板參數特化為T,另一個特化為const T,所以無論iterator是類還是指針,都可以萃取其中的5種類型。
7、容器vector
本節深度探討了容器vector。
總結該節內容如下:
(1)容器vector是前閉后開設計,在各種編譯器環境中大小均是2倍增加;
(2)容器vector中有三個iterator(start指向第一個元素的位置,finish指向當前存放的最后一個元素的下一個位置,end_of_storage指向可以容納最后一個元素的位置);
(3)push_back()首先會利用finish和end_of_storage指針判斷是否還有空閑位置,如果有,則插入元素,finish自加;如果沒有,那么會調用輔助函數insert_aux(end(), x),其內部會再次判斷是否還有剩余空間,因為其他函數也可以調用這個函數,如果沒有剩余空間,那么會分配原有空間大小的二倍,之后將原有的元素拷貝到新的空間,再將新的元素放進去,finish自加,之后會在新元素后面將剩余的原有元素拷貝過來,因此,每次空間成長均會大量調用元素的拷貝構造函數和析構函數,造成成本大;
(4)32位下sizeof(vector) = 12(有3個指針)。
8、容器array和容器forward_list
總結該節內容如下:
(1)容器array內部是用數組實現的,大小不能擴充,所以定義時要聲明大小;
(2)容器forward_list與容器list類似,只是forward_list是單向的,而容器list是雙向的。
9、課后補充學習
(一)各類容器對比
1、vector(連續的空間存儲,可以使用[ ]操作符)可以快速的訪問隨機的元素,快速的在末尾插入元素,但是在序列中間隨機的插入、刪除元素要慢。而且,如果一開始分配的空間不夠時,有一個重新分配更大空間的過程。
2、deque(小片的連續,小片間用鏈表相連,實際上內部有一個map的指針,因為知道類型,所以還是可以使用[ ],只是速度沒有vector快)快速的訪問隨機的元素,快速的在開始和末尾插入元素。隨機的插入刪除元素要慢,空間的從新分配空間后,原有的元素不需要備份。對deque的排序操作,可將deque先復制到vector,排序后再復制回deque。
3、list(每個元素間用鏈表相連)訪問隨機元素沒有vector快,隨機地插入元素要比vector快,對每個元素分配空間,不存在空間不夠,重新分配的情況。
4、set內部元素唯一,用一棵平衡樹結構來存儲,因此遍歷的時候就排序了,查找也比較快。
5、map一對一地映射結合,key沒有重復。
6、queue的聲明queue > s是受限的隊列,存儲的空間由第二個參數的容器確定,第一個參數在沒有第二個參數的情況下,決定存儲空間類型,第二個參數存在的情況下,第一個類型參數無效。默認情況下是deque類型的,因此可以如此聲明queue s1,這樣,聲明的隊列存儲空間就是默認的deque。另外,queue第二個參數可以選擇的容器類型包括deque、list,其余的如果聲明,操作受限。
7、stack的默認存儲空間也是deque,其他的聲明和queue差不多,可以使用的容器類型包括deque、vector、list,stack是先進后出棧。
(二)作業問題
本周作業中有幾個主要的地方:
1、變量的申明,采用老師上課所講的方式,不在前面同一申明而是在使用的之前再申明,并采用縮排形式,這樣便于查看。
2、從后向前打印容器元素,采用反向容器迭代器 MYLIST::reverse_iterator ri。
3、元素求和,采用accumulate算法,int sum=accumulate(l.begin(),l.end(),0),這里需要增加頭文件#include <numeric>。
accumulate帶有三個形參:頭兩個形參指定要累加的元素范圍,第三個形參則是累加的初值。
accumulate函數將它的一個內部變量設置為指定的初始值,然后在此初值上累加輸入范圍內所有元素的值。accumulate算法返回累加的結果,其返回類型就是其第三個實參的類型。
accumulate對要累加的元素類型一無所知,這個事實有兩層含義。首先,調用該函數時必需傳遞一個初始值,否則,accumulate將不知道使用什么初始值。其次,容器內的元素類型必須與第三個實參的類型匹配,或者可轉換為第三個實參的類型。在accumulate內部,第三個實參用作累加的起點;容器內的元素按順序連續累加到綜合之中。因此,必須能夠將元素類型加到總和類型上。