c++02 - STL标准库和泛型编程笔记

1. 认识headers、版本、重要资源

c++标准库大于stl，stl占标准库70%，stl由6大部件构成，编译器已经带着标准库，标准库开发团队把所写的标准库的东西放到一个namespace里，叫std，即standard，例如vector全名是std：：vector，using namespace std表示把std这个命名空间全部打开，后面再使用标准库的东西就不用加上std：：，或者写using std：：cout，以后写cout就代表std：：cout
不同的编译器，开发平台，所带的标准库的用法写法是一样的，

2. STL体系结构基础介绍

容器把内存的问题解决了，程序员看不到内存，分配器是来支持容器的，帮助分配内存，容器是一个模板类，generic programming模板编程的思想，

第二个模板参数是分配器可以不写，在容器的源代码里用默认的分配器，有默认值，分配器本身也是一个模板，必须告诉它每次分配的是什么东西，此处每次分配的内存是一个int，要搭配，vi是object 对象，迭代器是泛化的指针，
count_if，count是计算，if指带一个条件，所以此算法能帮助计算给它的条件之下符合这个条件的元素有几个，
predicate谓语，判断一个东西是真或假，传回真或假，此处条件为大于等于40，

begin指向第一个元素，end指向最后一个元素的下一个位置，即前闭后开，

auto elem，elem的类型其实是iterator，本来auto要写成container::iterator，所以elem就会取出后面vec里面每一个元素出来，auto加引用取出来的每个元素都是引用，修改后会影响原来的值，

3. 容器之分类与各种测试

容器分两种：序列式容器，sequence containers，关联式容器，associative containers，关联式容器的元素有key和value，所以这种容器适合做大量快速的查找，
c++11新出现的容器unordered container，不定序，其实底部是用哈市table做的容器，
c和c++本来就有数组，是语言的一部分，而在c++11把array也变成一个class，红框的都是c++11增加的东西，array是把语言的数组包装成一个class，
序列式容器：
array无法在前后扩充，
vector后面可以自动扩充，分配器负责，
deque双向队列，前后都可以扩充，念dek，
标准库提供的list是双向链表，实际是双向环状链表，
c++11新增了forward list单向链表，
关联式容器：
set 集合，map，内部是用红黑树做的，红黑树是高度平衡二分树，左右差不多平衡，在标准库里并没有规定set或map应该用什么来实现，但是由于红黑树很好，所以编译器所带的标准库都用红黑树做set和map，map的每一个节点有两个东西，一个是key，一个是value，而set的key就是value，value就是key，set要求所放的元素不能重复，map是元素的key不能重复，但是multiset或者multimap表示key可以重复，
hash table 的最好的做法是separate chaining，冲突的用链表连起来，每一个就是一个篮子bucket，每个篮子就是连一个链表，
array.data（）会传回这个数组在内存里的起点的地址，

大部分容器都有push_back函数，从尾部放入元素，vector只能往后扩展，vector是两倍增长，size是真正元素的个数，capacity是空间有多大，一个string字符串大小是一个指针的大小，data函数得到整个vector的起始地址，
find是一个模板函数，但是在用模板函数的时候和一般函数用法一样，前面加：：表示是全局的函数，所有的算法都是全局的模板函数，find返回一个iterator，

全局有个sort，某些容器也有自己的sort，此时用自己的sort比较快，

forward_list单向链表有push_front只允许放在头部，
slist是gcc有，和forward_list单向链表一样，引入头文件是放在ext目录文件夹里的，extension扩充，其余用法概念一样，

一段是一个buffer，一个buffer可以放很多个元素，此处一个段落放了8个元素，deque就是由一段一段构成的， 分段连续，但是让使用者感觉整个都是连续的，五个指针指向五个buffer，每个buffer的元素都有次序性，deque的每次扩充是一个buffer，即一段，deque没有自己的sort，要用全局的sort，list和forwardlist有自己的sort，用自己的sort，

stack和queue这两种容器的源代码其实就是拥有一个deque，因为deque功能最强大，能够支持写出堆和栈，由于这两种容器里面其实没有自己的数据结构，是借用deque，所以从技术上很多人不把这两个叫做容器，而叫做容器的adapter，即容器适配器，
stack是先进后出，所以不会提供函数可以得到一个iterator泛化的指针，如果提供这种函数，就有可能用这个iterator去改变某个元素内容，或者删除插入，会破坏容器的独特性质先进后出，所以没有find，queue也一样，

multiset里面是红黑树所形成的一个底层结构，这个容器没有push_back也没有push_front,安插元素用insert，这个元素不是安插到头或尾，元素落在树里的位置有一定的规则，自己有find函数，比全局的find快，
mutimap的*pitem是那个pair，

unordered_multiset不是用红黑树s支持，而是用hash table，是一种separate chaining分裂的串，以前叫hash_multiset，也用insert插入元素， bucket_count是篮子的数量，bucket_size(i)第i个篮子挂了几个元素，篮子的数量一定比元素数量多，因为长度不能太长，load_factor装载因子，max_load_factor固定为1，

map放入元素可以用c[i]=string[buf],会把i和buf组成一个pair，

4 分配器之测试

不同标准库下分配器不同，gnu和vc不同，
分配器就是一个class，提供两个函数，一个是allocate，一个是deallocate，不应该直接用分配器，因为还要记住当初要了多少个单元，allocate（1）的1就是一个元素，此处元素是声明allocator里面的int，要还，所以应该去使用容器。如果有小量的容器需求就用new搭配delete或malloc搭配free，不要直接用分配器，

5 OOP (面向对象编程) vs. GP (泛型编程）

容器和算法sort两者的关系要借助iterator，当要对vector和deque容器排序的时候，调用：：sort这个全局函数，并且把要操作的范围告诉它，

list无法像vector和deque一样使用标准库的全局的sort算法，标准库的sort所用到的迭代器要有一定的条件，而这个条件是链表list提供的迭代器不能满足的，因为需要随机访问迭代器，而list链表是一个一个节点用指针串起来，并不是一个连续空间，所以它所具备的迭代器是不能跳来跳去的，只能往前进一个，或者后退一个，不能随意加几个，
如果有一些容器自己带着sort，就必须用里面自己的sort去排，如果没有带才用全局的sort去排，

6 技术基础：操作符重载and模板(泛化, 全特化, 偏特化)

，type被绑定为int，而type被抽出来了，所以template里就是空的，是特化的形式，

黄色的部分是一个typedef，会被转换成template<>，即看到template<>，就表示要特化，此图的泛化下面有七个特化版本，即hash这个类模板当接收特别的类型的时候，有独特的设计，本来最上面是空的

一个类模板是allocator，可以接收任意的_Tp，但是如果这个_Tp是void，就有独特的特化的设计，特化又成为full specialization全特化，完整的特化，

有两个模板参数，现在变成一个了，把第一个模板参数绑定为bool，即vector本来可以接收任意类型作为元素，但如果指定那个元素是bool值0和1真假值，那么标准库就说有个特别的设计，效率比较高，此处的局部是数量上是局部，是局部特化，即偏特化，还有一种是范围的局部特化，偏特化，比如之前接收任意类型，现在接收pointer to T，泛化的如果是一个pointer，就有独特的设计，const T*是指针指向const T，

7 分配器

operator new 函数会调用malloc，malloc所给的大小比要的还多了很多的东西，要的越大，附加的东西的比例占的越小，要的越小，附加的东西占比越大，附加的东西可以叫overhead开销，

allocator这个class一定是个模板，每一个分配器最重要的两个函数一个是allocate一个是deallocate，allocate函数会调用Allocate函数，而Allocate函数又会调用函数operator new，operator new函数又会调用malloc函数，所以在vc提供的分配器，分配内存的时候调用的是malloc，会得到所需的内存大小以及一些overhead额外的开销，回收内存的时候调用deallocate，会调用operator delete，operator delete函数会调用free函数，
allocate本来是类模板，加上参数int后变成allocator类名称，直接加小括号，一个typename后面直接加小括号形成一个object，临时对象，还的时候还要记住之前是多少个，不方便，但是容器使用没有问题，
所以vc的分配器没有任何独特设计，就是调用c的malloc和free分配和释放内存，且接口设计不方便使用，容器使用没有问题，

vc bc gcc三者一样，他们的分配器最终就是使用malloc和free分配和释放内存，因此会带来大量的额外开销，通常区块小，额外开销大，所以gcc不用，gcc用的另外的分配器是alloc，

所有容器在gcc下使用的分配器是alloc，额外开销里，上下两个cookie，记录整块的大小，因为malloc拿内存，malloc拿到一个指针，还的时候只还这个指针，不需要告诉大小，大小记录在cookie里，所以free函数能找到cookie，就知道回收多大的内存，由于malloc给各式各样的需求使用，有大有小，所以需要cookie记录，但是容器的元素的大小一样，所以可以不需要把每个元素的大小都记录，所以alloc分配器尽量减少malloc的次数，不要cookie，设计了16条链表，某一条链表负责的某个特定大小的区块用链表串起来，第0条链表负责的是8个字节的大小，第7条链表负责的是78=56个字节的大小，第15条负责的每一个区块是168=128字节，所有的容器需要内存的时候向分配器要内存，容器的元素大小会被调整到8的倍数，比如50调整到56，此时分配器就会看是某个链表负责，里面有没有挂内存块，如果没有再向操作系统要即malloc，要一大块，然后切割为小块，给出一块，切出来的用单向链表串起来，所以切出来的每一块都不带cookie，
cookie在很多c++平台上都是上下都有，因此消耗8个字节，所以选择一个容器，元素放100万个，由于这100万个元素都不带cookie ，所以可以节省800万字节，

gcc4.9分配器又改为vc，bc 的样子，之前gcc2.9的还存在，但是不是std的命名空间里的，是放在gnu_cxx