STL与泛型编程第二周学习笔记——Boolan

在完成了STL与泛型编程第一周的学习之后,有一些总结和心得在这里通过学习笔记的方式分享出来,笔记我是跟着老师在视频中所讲的内容按照顺序记录的,也不能说是流水账,对课程中的一些问题还是添加了自己的理解和分析,供也在学习C++的小伙伴用作学习交流,如有理解不到位的地方,欢迎批评指正。

上周对于STL,老师做了一个大概的介绍,本周接着上周的内容继续学习了分配器以及各类容器的结构与分类。

一.OOP与GP的区别

OOP(Object-Oriented programming)企图将datas和methods关联在一起

GP(Generic Programming)却是将datas和methods分开来,如下图所示:


采用GP,Containerns和Algorithms两个团队可以闭门造车,其间以Iterator沟通即可。Algorithms通过Iterators确定操作范围,并通过Iterators取用Container中的元素。

二.特化(Specialization)和偏特化(Partial Specialization)

C++源码中运用了大量的操作符重载(Operator Overloading)以及模板(Templates),操作符重载的相关规则这里就不再赘述,模板的运用分为类模板(Class Templates)、函数模板(Function Templates)和成员模板(Member Templates),之前的课程有详细讲过,老师也进行了复习,这里也不再赘述。

我的理解是,特化就是泛化的反面,常规的模板都是泛化的,所谓特化,就是当模板替代类型中的一个类型有它特有的处理方法时,我们可以将template< >中的内容抽离出来,即为这个类型定义它特有的方法,如下代码所示:


偏特化分为个数上的偏和范围上的偏。

个数上的偏很好理解,就是具有多个模板参数时,将一部分模板参数特化,其他模板参数保持泛化,如下代码所示:


这里值得注意的是,特化部分参数只能从左至右特化,也就是说,不能第一个模板参数泛化,而将第二个模板参数特化。

我理解的范围上的偏就是模板参数的类型是一个指针,那么模板参数所代表的类型就是这个指针所指向的类型。如下代码所示:


这里值得注意的是,该指针指向什么由程序员自己定义。

三.分配器(allocators)

分配器最重要的两个函数:allocate()和deallocate()

VC6所附的标准库,其分配器的实现只是以::operator new()和::operator delete()来完成allocate()和deallocate(),并没有任何特殊的设计。


而operator new()和operator delete()本质上还是调用基本的内存分配函数malloc()和内存释放函数free():


BC++与VC6一样,最终还是调用malloc()和free(),并且也是分配512ints,但是分配多少内存就要还多少内存,因此其接口设计非常不利于直接使用。


G2.9并没用使用分配器allocator,而创造了另一个分配器alloc,


alloc的实现如下图所示:


用链表的方式来分配内存,尽量减少调用malloc的次数,这样程序运行效率更高,节省了额外的开销。

但是之后的G4.9并没有使用这种高效率的alloc分配器(原因不得而知),而是改用了new_allocator分配器,这又与之前提到的VC/BC一致了,本质上还是调用malloc和free。但是G4.9所附的标准库中,有许多extention allocators,其中_pool_alloc就是G2.9中的alloc

四.容器——结构与分类

先来一张老师整理出的各种容器类型和所占字节数的图:


1.容器list

List其实是一个环状双向链表,用双向指针串起来,如下图所示:


List的iterator是一个类,G2.9中,这个类与list是包含关系。


这里值得注意的是,除了array和vector之外,所有容器的iterator都必须是class


之前说到过GP的好处就是将data和algorithm分开,那么iterator就是它们之间的桥梁,算法提出的问题,iterator要必须都能回答,这是iterator必须遵循的原则。

Iterators的五个associated types:

①Iterator_category()分类

②Difference_type()距离

③Value_type()指向值的类型

④Reference

⑤Pointer

后面两个目前还未使用。

萃取机(Iterator Traits)用以分离class iterators(直接问)和non-class iterators(间接问)

加入中间层traits,利用偏特化回答non-class类型


2.容器vector

Vector是一种单向开口先进后出的容器,它所占用的是连续内存空间,因此它不能原地扩充,一旦空间不够,它必须寻找新的空间扩充,并且二倍增长,整个搬离到新开辟的两倍空间。


Vector靠3根指针控制整个容器:


因其是占用连续内存空间,所以它的iterator不必设计成class

3.容器array

Arry跟vector一样,也是占用连续的内存空间,其iterator是native pointer


4.容器forward_list

Forward_list是一种线状单向串列,与双向链表list差不多


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