STL 源碼剖析之四：序列式容器

文章目錄

• 1、Vector
• 2、List
• 3、Deque
• 4、Stack
• 5、Queue
• 6、heap
• 7、Priority Queue

stl裡的容器按元素在容器內的相片順序，可以分為序列式和關聯式兩種。

 

所謂序列式容器，其中的元素時可序的，即元素集合呈線性關係。

 

C++本身提供了一個序列式容器array，stl提供了vector，list，deque，stack，queue，priority_queue等序列容器。其中stack和queue由於只是將deque蓋頭換面，在技術上稱之為適配器。

 

1、Vector

vector的元素儲存和訪問方式和array很相似，唯一的不同就在於彈性。array是靜態空間，一旦配置了就不能改變；vector是動態空間，隨著元素的增多或減少，其配置空間的大小可以動態改變。

 

vector的迭代器：由於vector使用的是連續線性空間，所以其迭代器實際就是原生指標，這顯然是個Random Access Iterator。

 

空間配置策略：從效率考慮，當插入元素的時候，如果配置的空間不足，則擴充空間至當前的兩倍，如果任然不足則擴充至所需空間。 插入或刪除元素時，涉及元素的拷貝和初始化。

 

2、List

list是一個雙向鏈表，每次插入或刪除一個元素，就分配或釋放一個元素的空間；所以list對空間的控制十分精確，而且任何位置的插入或刪除需要的時間都是常數。list和vector是兩種最常用的容器，什麼時候選用哪種容器，視元素的多寡、元素的構造複雜度（是否有trivial copy ctor，assignment opt）以及元素存取的行為特性。

 

list的迭代器：list不能再以原生指標作為迭代器，而需要定義特定的iterator類。list迭代器是一種Bidirectional Iterator，支援單步的前進或後退操作。list迭代器有一個重要特點，就是插入操作不會造成原有迭代器的實效，這對vector是不成立的。

 

list的結構：list不僅是一個雙向鏈表，而且是一個帶頭結點的環狀雙向鏈表。

 

list的sort方法：list不能使用stl提供的通用sort演算法，因為sort演算法只接受Random Access Iterator，所以提供了自己的sort方法。sort方法的實現在另一篇中有描述。

 

3、Deque

vector是單向開口的連續線性空間，deque則是一種雙向開口的連續線性空間。所謂雙向開口，意思是可以在頭尾分別做元素的的安插和刪除操作；vector當然也可以在頭尾兩端做動作，但是其頭部動作效率奇差。deque和vector最大的差異在於：deque允許在常數時間內對兩端進行元素的安插或移除操作；deque沒有所謂容量的概念，因為它是以分段的連續空間組合而成，隨時可以增加一段空間拼接起來，不存在像vector那樣“因空間不足而分配一塊更大的空間然後複製元素”問題。

 

deque的迭代器：deque提供random access iterator，但並不是原生指標。其實現的複雜度也很大，這也影響到相關演算法的效率。所以如非必要，應該盡量使用vector而不是deque。對的確進行排序時，可以先將元素複製到一個vector，排序後再複製回deque。

 

deque的儲存結構：deque採用的是一種分段連續空間儲存結構，採用一個map（不是stl中的map）來管理這些空間段。每個空間段的大小是固定的，當有新元素加入而空間不足時，就分配一個新的空間段。當空間段的個數增加時，可能需要分配一個更大的map。 deque的這種結構，是的其迭代器上的操作可能需要跨越空間段，因而具有相當的複雜度。

4、Stack

stack是一種先進後出的資料結構，只可以在頂端進行元素操作。如果有某種雙向開口的資料結構，將其介面改變，符合“先進後出”的特性，就可以形成一個stack：deque和list都是這樣的結構。

 

因此stack的實現非常簡單，它以某種現有的容器作為儲存的實現，定義新的介面。這種容器被稱為container adapter。

template <class T, class Sequence=Deque<T> >

class stack

{

...

}

如上所示，stack預設使用deque來實現，你也可以使用list： stack<int, list<int> >;

 

stack不支援對元素的遍曆，因此沒有迭代器。

5、Queue

queue是一宗先進先出的資料結構，它的實現方案和stack基本一樣。也是屬於container adapter一類。可以基於deque和list。

queue沒有迭代器。 

6、heap

heap並不是stl中的一種容器，它實際是以vector作為完全二叉樹的儲存結構，再加上一些heap演算法。它是priority_queue的背後英雄。

stl定義了一些heap操作的演算法：包括建堆，push_heap,pop_heap，sort_heap等，基本上和《演算法導論》堆排序一章介紹的一致。

7、Priority Queue

priority queue是一種擁有權值概念的queue，加入的元素按權值大小排列。priority_queue也是container adapter，它以vector為儲存結構，再以heap演算法進行處理：priority_queue的元素存放在一個vector當中，按元素權值排列成一個heap。

 

priority queue同樣沒有迭代器。