chnming1987的博客

STL所提供的各式各样算法中，sort()是最复杂最庞大的一个。这个算法接受两个RandomAccessIterators(随机存取迭代器)，然后将区间内的所有元素以渐增方式由小到大重新排列。还有一个版本则是允许用户指定一个仿函数代替operator

请注意，源代码清楚地告诉我们，只要客户端定义一个istream iterator并绑定到某个istream object，程序便立刻停在istream_iterator::read()函数，等待输入，这不是我们所预期的行为，因此，请在绝对必要的时候才定义所需要的istream iterator- -这其实是C++程序员在任何时候都应该遵循的守则，但是很多人都忽略了。注意，本节的两个适配器并未纳入STL标准，SGI STL的私产品，但是颇有钻研价值，我们可以从中学习如何开发适合自己的，更复杂的适配器。

这样的迭代器包括专司尾端插入操作的back_insert_iterator,专司头端插入操作的front_insert_iterator,以及可以从任意位置执行插入操作的insert_iterator.由于这三个iterator adapters的使用接口不是十分直观，给一般用户带来困扰，因此，STL更提供三个相应函数：back_inserter(),front_inserter(),inserter();所谓对迭代器的修饰，只是一种观念上的改变(复制操作变为插入操作，前进变后退，绑定到特殊装置上等)。

仿函数functors另名函数对象functions objects。在之前的算法介绍中，我们已经用到了仿函数。此章，我们对仿函数做一个更详细的介绍。

在中，我们对inplace_merge进行了简要的描述，但是对里面的细节描述的不是很清晰；本章进行更细致的拆解；同时merge将使用merge sort作为实现算法的主要手段。

这个算法将[first,last)的元素次序随机排列。也就说，在N!中可能的元素排列中随机选出一种，此处N为last-first。N个元素的序列，其排列方式为N!中，random_shuffle会产生一个均匀分布，因此任何一个排列被选中的几率为1/N!。这很重要（稍后看源码，事实上依赖于随机数是否真随机），因为有不少算法可能会依赖排列的随机性。其算法实现过程，基本也是依次对每个元素进行随机的替换，以实现随机排列的功能。

而其后一个排列组合是cab。实际做法简述如下，从最尾端开始往前寻找两个相邻元素，令第一个元素为*i，第二个元素为*ii，且满足*i>*ii.找到这样一组相邻元素后，再从尾端开始往前检验，找到第一个小于*i的元素，令为*j，将i，j元素对调，再将ii之后的所有元素颠倒排序。首先，从尾端往前寻找两个相邻的元素，令第一个元素为*i，第二个元素为*ii,且满足*i

定义于SGI内的所有算法，除了相关算法之前已经介绍过，其余安排在该文中。其中有很单纯的循环遍历，也有很复杂的快速排序。运作相对单纯者，在第一小节中，其他相对比较复杂的算法，每个算法各一小节。

STL一共提供了四种与set(集合)相关的算法，分别是并集(union)、交集(intersection)、差集(difference)、对称差集(symmetric difference)。所谓set，可细分为数学上定义的和STL的定义两种，数学上的set允许元素重复而未经排序，例如{1,1,4,6,3},STL的定义(也就是容器)则要求元素不得重复，并且经过排序，例如{1,3,4,6}。本节的四个算法所接受的set，必须是有序区间(sorted range),元素值可重复出现。

稍后配合源码进行说明；从稍后即将显示的源码可知，copy元素时一一进行元素的赋值操作，如果输出区间的起点位于输入区间内，copy算法便(可能)会在输入区间的(某些)元素尚未被复制之前，就覆盖其值，导致错误的结果。在这里我们一再使用可能这个字眼，是因为，如故宫copy算法根据其所接收迭代器的特性决定调用memmove()来执行任务，就不会造成上述错误，因为memmove()，会考虑重叠的情况再进行处理，保证不会出现值还没被拷贝就被覆盖的情况。以上就死copy()的故事，一个无所不用其极地强化执行效率的故事。

STL标准规格中没哟区分基本算法或复杂算法，然后SGI却把常用的一些算法定义于之中，其他算法定义于之中。以下一一列举这些基本算法。

这一节介绍的算法，统称为数值(numeric)算法。STL规定，欲使用它们，客户端必须包含头文件.SGI将它们实现与文件中。

算法，问题之解法也。以有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，这一专门科目我们称为算法(Algorithms)。大学信息相关教育里面，与编程最有关直接关系的科目，首推算法与数据结构(Data Structures,亦即STL中的容器)。STL算法即是将最被运用的算法规范出来，其涵盖区间有可能在每五年一次的c++标准委员会中不断增订。广义而言，我们所写的每个程序都是一个算法，其中的每个函数也都是一个算法，毕竟它们都用来解决或大或小的逻辑问题或数学问题。唯有用来解决特定问题(例如排序，查找，最短路径，三点共线。

虽然STL只规范复杂度与接口，并不规范实现方法，但STL set多半以RB-tree为底层机制。SGI则是在STL标准规格之外另又提供了一个所谓的hash_set,以hashtable为底层机制。由于hash_set所提供的操作接口，hashtable都提供了，所以几乎所有的hash_set操作行为，都只是转调用hashtable的操作行为而已。运用set，为的是能够快速搜寻元素。这一点，不论底层是RB-tree或是hashtable，都可以达成任务。

下图为开链法(separate chaining)完成hashtable的图形表述。为了了解SGI STL源码，我们遵循SGI的命名，称hash table表格内的元素为桶(bucket),此名称的大约意义是，表格内的每个单元，涵盖的不只是个节点(元素)，可能是一桶节点。下面是hash table的节点定义注意，bucket所维护的linked list，并不采用STL的list或slist，而是自行维护上述的hashtable node。至于buckets聚合体，则以完成，以便有动态扩展能力。

hash table可提供对任何有名项（named item）的存取操作和删除操作。由于操作对象是有名项，所以hash table也可被视为一种字典结构（dictionary）。这种结构的用意在与提供常数时间之基本操作，就像stack或queue那样。乍听之下这几乎是不可能的任务，因为制约条件如此至少，而元素个数增加，搜寻操作必行耗费更多时间。倒也不尽然。举个例子，如果所有的元素都是16-bits且不带正负号的整数，范围0~65535，那么简单的运用一个array就可以满足上述期望。

multiset的特性及用法和。

如果想要修正元素的键值，答案是不行的，因为map元素的键值关系到map元素的排列规则。如果想要修改元素的实值，答案是可以的，因为map元素的实值并不影响map元素的排列规则。pair的第一元素被视为键值，第二元素被视为实值。又由于map所开放的各种操作接口，RB-tree也都提供了，所以几乎所有的map操作行为，都只转调用RB-tree的操作行为而已。map拥有和list相同的某些性质：当客户端对它进行元素新增操作(insert)或删除操作(erase)时，操作之前的所有迭代器，在操作完成之后都依然有效。

又由于set所开放的各种操作接口，RB-tree也都提供了，所有几乎所有的set操作行为，都只是转调用RB-tree的操作行为而已。STL特别提供了一组set/multiset相关算法，包括交集set_intersection,联集set_union，差集set_difference、对称差集set_symmetric_difference,后续内容会进行描述。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。（除了被删除的那个迭代器）

下面是rb-tree的定义。你可以看到其中定义有专属的空间配置器，每次用来配置一个节点的大小，也可以看到各种型别定义，用来维护整颗RB-tree的三笔数据（其中有个仿函数，functor，用来表现节点的大小比较方式），以及一些member function的定义或声明。

为了避免中情况4“父子节点皆为红色”的情况，持续向RB-tree的上层结构发展，形成处理时效上的瓶颈，我们可以施行一个由上而下的程序(top-down proceduce):假设新增节点为A，那么就沿着root往A的路径，只要看到有某个节点X的两个子节点皆为红色，就把X改为红色，并把两个子节点改为黑色，如下图所示：从根节点到新增节点A的路径，如下图所示，使用淡蓝色标识箭头方向：此时发现了节点50为X节点，解X变为红色，并将X的两个子节点变为黑色；

AVL-tree之外，另一个颇具历史并被广泛运用的平衡二叉搜索树是RB-tree（红黑树）。所谓RB-tree，不仅是一颗二叉搜索树，而且必须满足一下规则：1：每个节点不是红色就是黑色2：根节点为黑色3：若节点为红，其子节点必须为黑4：任意节点至NULL的任何路径，所含黑节点数必须相同。根据规则4，新增节点必须为红；根据规则3，新增节点之父节点必须为黑。当新节点根据二叉搜索树的规则到达其插入点，却未能符合上述条件时，就必须调整颜色并旋转树形。

在中对二叉搜索树做了简要的描述；但是因为没有对二叉搜索树对数的深度及插入后树的结构进行调整，二叉搜索树可能失去平衡，造成搜寻效率低落的情况。如下所示：所谓树形平衡与否，并没有一个绝对的测量标准。“平衡”的大致意义是：没有任何一个节点过深（深度过大）。不同的平衡条件，造就不同的效率表现，以及不同的实现复杂度。

在前文中介绍了STL的序列式容器；接下来对关联式容器（associative containers）进行学习及分享；根据“数据在容器中的排列”特性，容器可概分为序列式（Sequence）和关联式（associative）两种。标准的STL关联式容器分为set(集合)和map（映射表）两大类，以及两大类的衍生体multiset(多键集合）和multimap(多键映射表)。这些容器底层机制均以RB-tree（红黑树）完成。RB-tree也是独立容器，但并不开放给外界使用。

STL是个双向链表（double linked list）。SGI STL另提供了一个单向链表（single linked list），名为slist。slist和list的主要差别在于，前者的迭代器属于单向的ForwardIterator，后者的迭代器属于双向的BidrectionalIterator。为此，slist的功能自然也就受到许多限制。不过，单向链表所耗用的空间更小，某些操作更快，不失为另一种选择。

由于priority_queue完全以底部容器为根据，再加上heap处理机制，所以其实现非常简单。缺省情况下是以vector为底层容器。源代码很简短，此处完整列出。queue以底部容器完成所有工作。具有这种“修改某物接口，形成另一种风貌”之性质者，成为adapter（适配器），因此，STL priority_queue往往不被归类为container(容器),而被归类为container adapter。

heap并不归属于STL容器组件，它是幕后英雄，扮演了priority queue的助手；priority queue允许用户以任意顺序将元素推入容器内，但是取出时，是按优先级最高的元素开始取。针对priority queue要求的特性，最直观的做法，有两种：1:插入后，保持底层queue的排序状态，此时插入的时间复杂度是O(n);取数据可在常数时间内将元素取出2:插入还是放在容器的末尾，插入的时间复杂度尾O(1);取数据时，需要遍历数组，而后取出最大的那个元素；时间复杂度为O(n);

queue是一种先进先出（First In First Out，FIFO）的数据结构。它有两个出口，头和尾能分别进行pop及push；底层queue可以通过deque进行实现。更换queue的底层容器只需，在定义queue时指定Sequence时即可。

stack允许新增元素、移除元素、取得最顶端元素。stack允许新增元素、移除元素、取得最顶端元素。单除了最顶端外，没有任何其它方法可以存取stack的其它元素。从以上定义可知，只需要实现了empty(),size(),back(),push_back(),pop_back()及operator ==及

每次为deque分配一段Bufsize大小的空间，内部有一个map（存储缓冲区节点的连续空间）类似vector，动态伸缩的连续array以及需要随机索引访问元素的情况，（其随机访问迭代器效率基本还是可接受的，比list高，比vector低）；vector也可以再头部进行数据的插入，但是效率会比较低（因为头部插入数据，vector中的所有数据都得进行移动）；Iterator在执行--，是，优先在缓冲区中cur--，当cur==first是，node会--，同时cur会=last-1；

此外在书中，提到了sort函数，用的快排的代码，用到了swap及merge，没能理解，（可能是前面漏掉了部分函数的定义，没有理解算法的含义；此外，lsit还提供了splice及merge操作，splice用于拼接，merge是两个有序list的合并，看上去很适合归并排序当中的合并操作；对于操作符++，和--，分别对应于node=node->next,及node=node->pre;因为是环形结构，node本身即为list的end，node->next即为list的起始节点；list节点定义如下。

两者唯一的区别是，array是静态空间，一旦初始化之后，空间不能改变；vector是stl序列式容器包括array（内建），vector，heap，priority-queue，list，slist，deque，stack， queue；在insert操作中，之前通常的理解是，vector会将插入位置的元素都往后移一位，而后在空出的位置插入元素；且内部有着类似数组的结构；在移动的过程中，如果可以使用赋值运算会优先使用赋值运算；对于基本数据类型，他们应该都是等效的；主要是自定义类，才会有一些效果上的差异；

const T*的value_type去除了const属性，主要是为了方便后续通过value_type定义变量进行使用；其中string即为interator的value_type；即是对于原始指针T*，及const T*，就没有了I::value_type的定义；其中int即为interator的value_type；迭代器，最基本的操作包括迭代器的++，--，+n，*及->操作；为了实现*，及->的操作，迭代器必须指定其型别；通过函数func可以获取迭代器中的值；

以STL的运用角度而言，空间配置器是最不需要介绍的东西，它总是隐藏在一切组件（更具体的说是指容器，container）的背后，默默的工作，默默付出。但若以STL的实现角度而言，第一个需要介绍的就是空间配置器，因为整个STL的操作对象（所有的数值）都存放在容器之内，而容器一定需要配置空间以放置资料。不先掌握空间配置器的原理，难免在阅读其它STL组件的实现时处处遇到挡路石。为什么不说allocator是内存配置器而说它是空间配置器呢？因为空间不一定是内存，空间也可以是磁盘或其它辅助存储介质。