C++ 头文件系列(vector)

简介

vector头文件包含vector的类模版以及该模版的显示特化版本vector< bool >。

vector是C++容器库中非常通用的一种容器，如果你不知道该决定使用哪一种容器，或者没有足够的理由使用其它容器，那么就用它，没错的！

从整体上来看，vector就像是一种动态数组，它拥有数组的所有功能并且能够动态增长。它主要有以下性质：

序列性容器
动态增长
可定制的内存分配策略

内存分配器

如果在一些特殊的应用场景中，默认的内存分配策略拉低了运行效率，这时候自定义的内存分配其就会站出来帮你了~

内存分配器主要用在STL Containers中，为容器合理的分配内存，默认使用位于memory头文件中的allocator。我们也可以自定义内存分配器，但需要满足一些要求：

Other allocators may be defined. Any class Alloc for which allocator_traits produces a valid instantiation with the appropriate members defined can be used as an allocator on standard containers (Alloc may or may not implement the functionality through member functions).

上面这段摘录的文字表明，任何能够实例化allocator_traits模版并且带有合适成员函数的类Alloc都能作为容器的内存分配器使用。再来看allocator_traits：

The non-specialized version provides an interface that allows to use as allocator just any class that provides at least a public member type value_type and public member functions allocate and deallocate (see example).

这段话说，任何至少提供了一个公开成员类型value_type和公开成员函数allocate和deallocate的类都可以被允许作为内存分配器。

总的来说，自定义一个内存分配器，你最少需要：

定义value_type类型
定义allocate成员函数
定义deallocate成员函数

特殊函数

由于vector是动态数组，它的大部分设计是与array类模版类似的，这里就不再赘述了。我们来看看那些不一样的的地方。

resize VS shrink_to_fit

这两个函数是比较特别的，从字面上看它们都是改变大小为固定值。但实际上两者是有区别的，我们来看它们的函数原型：

void resize (size_type n)；

void shrink_to_fit ();

一眼就能看出，两者的参数不一样：resize传入一个数值，作为新的容器大小；而shrink_to_fit则没有参数。那我们不禁要问了，既然shrink_to_fit没有指定新的容器大小，它怎么改变呢？

这就揭示了两者语义上的不同----一个是改变大小至给定值，另一个是缩小容器容量（capacity）至容器大小（size）。也就是说，它们影响的是容器的两个不同方面。同时需要指出的是， shrink_to_fit调用发出的是请求，调用后容器容量可能被按预期缩小到容器大小了，也有可能比容器大小大；而resize调用发出的时命令，容器一定会被重新调整大小至给定值。

C接口

vector提供了一个接口以供开发者直接在内部数组（vector内部以数组实现）上直接对元素进行操作：

value_type* data() noexcept;

顺道一提，vector与array一样，是元素之间的内存连续的（contiguous）。

vector< bool >显示特化

非常有意思的是vector这个模版显示特化了。

为什么

为什么会出现这样一个特殊的模版特化呢？ 因为语言支持的最小单位一般是字节(char、unsigned char)，而bool的语义意味着它只需要1bit的内存。如果用1个字节来存储bool类型，会造成极大的内存浪费，出于内存的优化考虑，就出现了这么一个特殊的东西。

它的原理非常简单，就是把每个bool用1个bit来存储，所以1个字节可以存储8个bool（在常见的机器上）。但是这也引出了一个麻烦的问题：在语义上，我们应该可以对bool赋值、取地址、取引用等。但是bool等于bit这种实现方式意味着我们不能够那样做。那怎么办了，这里使用了一个C++典型的惯用法----代理（Proxy），它把reference成员理性定义为该代理，用这个代理来将内部bit转换成bool。

Flip函数

该模版特化还包含了一个额外的函数----Flip。顾名思义，就是将所有bool都“翻转”，true -> false, false -> true。

先前提到的reference代理也有这个函数，但它是将单个bool“翻转”。 vector< bool >类模版的flip函数可能就是通过该函数实现的。