STL-空间配置器、迭代器、traits编程技巧

目录

• 内存分配和释放
• 对象的构造和析构
• traits要解决的问题
  • 内嵌类别声明解决非指针迭代器的情况
  • 使用模板特例化解决普通指针的情况
• 迭代器相应类别

内存分配和释放

STL中有两个分配器，一级分配器和二级分配器，默认使用二级分配器，使用二级分配器分配大内存时会调用一级分配器去执行，一级分配器使用malloc和free分配和释放内存。如果分配小内存那么二级分配器会从内存池中进行查找，防止malloc/free的开销。

为了了解原理，不深挖细节，只实现一级分配器也是可以的：

class first_level_alloc {
public:
    static void* allocate(size_t n) {
        void* result = malloc(n);       //直接使用malloc
        //todo: out of memory handler
        return result;
    }
    static void deallocate(void* p, size_t) {
        free(p);            //直接使用free
    }
};

一级分配器，直接调用malloc和free分配和释放内存。这里也没有处理分配失败的情况。

为了方便使用定义一个包装类：

template <typename T, typename Alloc>
class simple_alloc {
public:
    static T* allocate(size_t n) {
        return (0 == n) ? nullptr : static_cast<T *>(Alloc::allocate(n * sizeof(T)));
    }
    static T* allocate() {
        return static_cast<T *>(Alloc::allocate(sizeof(T)));
    }
    static void deallocate(T *p, size_t n) {
        if (0 != n) {
            Alloc::deallocate(p, n * sizeof(T));
        }
    }
    static void deallocate(T *p) {
        Alloc::deallocate(p, sizeof(T));
    }
};

对外使用这个包装类模板参数T指定要分配的对象类型，Alloc指定分配器，因为没有实现二级分配器，所以都是指定为一级分配器first_level_alloc。

对象的构造和析构

定义如下三个函数：

template <typename T>
inline void construct(T* p, const T& value) {
    new(p) T(value);   //placement new
}
template <typename T>
inline void destroy(T *p) {
    p->~T();
}
//todo:low efficiency
template <typename ForwardIterator>
inline void destroy(ForwardIterator first, ForwardIterator last) {
    for (; first != last; ++first) {
        destroy(&*first);
    }
}

1. void construct(T* p, const T& value)：在p指向的位置用value拷贝构造T对象并返回。这里用到了placement new。
2. void destroy(T *p)：析构p指向处的T对象。
3. void destroy(ForwardIterator first, ForwardIterator last)：析构[first, last)区间的对象。这里没有考虑效率，直接使用for循环调用destroy。STL库中使用模板特例化，根据迭代器指向的类型有没有trivial destructor，执行不同的特例化版本。如果有trivial destructor，比如内置类型，那么什么也不用做。如果有non-trivial destructor才调用上述的那个版本。

traits要解决的问题

假如算法中要声明“迭代器所指类别”的变量，该怎么办？

内嵌类别声明解决非指针迭代器的情况

template <typename T>
struct MyIter {                     //模拟迭代器类型
    typedef T value_type;   //内嵌类别声明
    T* ptr;
    MyIter(T* p = 0) :ptr(p) {}
    T& operator*() const {
        return *ptr;
    }
};

template <typename I>
typename I::value_type    //返回类型为迭代器指向的类型
func(I ite) {      //该函数传入一个指针，返回指针指向的值。
    return *ite;
}

int main() {
    MyIter<int> ite(new int(8));
    cout << func(ite);
}

MyIter模拟迭代器，T是迭代器所指的类型，通过在迭代器内typedef T value_type;后，就能用MyIter::value_type定义T类型的变量。

上面的方法解决了一部分问题，但是普通指针也是迭代器类型，我们没办法给指针应用上面的方法。比如上面的func，如果我们传入一个指针，肯定无法通过编译。

使用模板特例化解决普通指针的情况

template <typename T>
struct MyIter {
    typedef T value_type;
    T* ptr;
    MyIter(T* p = 0) :ptr(p) {}
    T& operator*() const {
        return *ptr;
    }
};

template <typename I>
struct iterator_traits {            //针对普通迭代器的模板类
    typedef typename I::value_type value_type;
};

template <typename I>
struct iterator_traits<I*> {      //针对指针类型的模板特例化
    typedef I value_type;
};

template <typename I>
typename iterator_traits<I>::value_type
func(I ite) {                   //该函数返回迭代器或这种指向的值
    return *ite;
}

int main() {
    MyIter<int> it(new int(8));
    int* ip = new int(8);
    std::cout << func(ip) << std::endl;
    std::cout << func(it);
}

这里定义了一个模板类iterator_traits，实际使用时iterator_traits<I>::value_type就是迭代器I所指的类型，如果是迭代器是指针类型，那么匹配的是itetraor_traits的特例化，iterator_traits<I>::value_type依然可以得到指针所指类型。

所以所谓的traits就是一个模板类和一系列模板特例化。通过这个模板类可以得到指针或者迭代器的相关类型。

同时如果一个迭代器类型如果想要和traits类配合使用需要在其内部通过typedef定义value_type类型。

迭代器相应类别

前面的迭代器所指类型value_type就是迭代器的相关类别之一，除了迭代器所指类型，还有几个迭代器相关类型。

1. value_type：迭代器所指类型，上一节已经讲过了。
2. difference type：用来表示两个迭代器之间的距离。
3. reference type：迭代器所指类型的引用类型。
4. pointer type：迭代器所指类型的指针类型。
5. iterator_category：迭代器的类别。