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备注:
本读书笔记基于侯捷先生的《STL源码剖析》,截图和注释版权均属于原作者所有。
本读书笔记中的源码部分直接拷贝自SGI-STL,部分代码删除了头部的版权注释,但代码版权属于原作者。
小弟初看stl,很多代码都不是太懂,注释可能有很多错误,还请路过的各位大牛多多给予指导。
为了降低学习难度,作者这里换到了SGI-STL-2.91.57的源码来学习,代码下载地址为【 http://jjhou.boolan.com/jjwbooks-tass.htm 】
如果我们需要存储很多位值时,我们可以使用bvector或者bitset【 http://www.cplusplus.com/reference/bitset/bitset/ 】,这里简单的笔记下bvector的代码实现:
stl_bvector.h:
//位值的存储类。这里的位是以int为载体存储的。 struct __bit_reference { unsigned int* p; //指向作为载体的int。 unsigned int mask; //掩码值,只有一位为1,其余为0,标识了该位值在int中的位置(即偏移量)。 __bit_reference(unsigned int* x, unsigned int y) : p(x), mask(y) {}//构造函数,简单赋值。 public: __bit_reference() : p(0), mask(0) {} operator bool() const { return !(!(*p & mask)); }//返回该位值,(以bool形式返回,注意这里使用的是重写转换函数) __bit_reference& operator=(bool x) { //赋值构造函数。 if (x) *p |= mask;//如果要赋的值为真(即特定的位赋值为1),很简单直接将*p和mask按位或即可,由于mask的指示方式这样特定位必定为1。 else *p &= ~mask;//如果要赋的值为0(即特定的位赋值为0),那么就将*p和mask的反按位与即可。由于mask的指示方式这样特定位必定为0,其余位和1相与,值不变。 return *this; } __bit_reference& operator=(const __bit_reference& x) { return *this = bool(x); } bool operator==(const __bit_reference& x) const {//比较两个__bit_reference是否相等。 return bool(*this) == bool(x); } bool operator<(const __bit_reference& x) const { return bool(*this) < bool(x); } void flip() { *p ^= mask; }//翻转该位值。直接将*p和mask按位异或即可。(异或性质:和0异或值不变,和1异或值相反) }; inline void swap(__bit_reference x, __bit_reference y) {//交换 bool tmp = x; x = y; y = tmp; } //bvector的iterator值,这里注意是继承自random_access struct __bit_iterator : public random_access_iterator<bool, ptrdiff_t> { typedef __bit_reference reference; typedef __bit_reference* pointer; typedef __bit_iterator iterator; unsigned int* p; //指向作为载体的int。一个int是4个字节(双字),因此可以存储4*8个位值。 unsigned int offset; //标识该位值在int中的偏移量。 void bump_up() {//递增到下一位。 if (offset++ == __WORD_BIT - 1) {//如果offset当前的值为4*8-1,说明当前的offset已经指向了当前int的最后一位(以0起始) offset = 0;//那么就调到下一个int上。同时offset设置0,这样就指向了新的int的第一位。 ++p; } } void bump_down() {//地见到上一位。 if (offset-- == 0) {//如果当前的offset为0,说明指向了当前int的第一位。 offset = __WORD_BIT - 1;//那么就跳到了上一个int上,同时offset设置为最大值(4*8-1),这样就指向了新的int的最后一位。 --p; } } __bit_iterator() : p(0), offset(0) {} __bit_iterator(unsigned int* x, unsigned int y) : p(x), offset(y) {}//iterator构造函数 reference operator*() const { return reference(p, 1U << offset); }//对iterator进行解引用,返回的是__bit_reference。 //注意这里的构造函数中的第二个参数是1U << offset,即将1U左位移offset位,以作为mask。 iterator& operator++() {//递增运算符,这里调用了bump_up。 bump_up(); return *this; } iterator operator++(int) {//递增运算符,这里调用了bump_up。 iterator tmp = *this; bump_up(); return tmp; } iterator& operator--() { //递增运算符,这里调用了bump_down。 bump_down(); return *this; } iterator operator--(int) { //递增运算符,这里调用了bump_down。 iterator tmp = *this; bump_down(); return tmp; } iterator& operator+=(difference_type i) {//iterator前后移动i个位置。 difference_type n = i + offset; p += n / __WORD_BIT; n = n % __WORD_BIT; if (n < 0) { offset = (unsigned int) n + __WORD_BIT; --p; } else offset = (unsigned int) n; return *this; } iterator& operator-=(difference_type i) { *this += -i; return *this; } iterator operator+(difference_type i) const { iterator tmp = *this; return tmp += i; } iterator operator-(difference_type i) const { iterator tmp = *this; return tmp -= i; } //返回两个iterator间的距离, difference_type operator-(iterator x) const { return __WORD_BIT * (p - x.p) + offset - x.offset; } //重载了[]运算符。 reference operator[](difference_type i) { return *(*this + i); } //判断两个iterator是否相等。 bool operator==(const iterator& x) const { return p == x.p && offset == x.offset; } bool operator!=(const iterator& x) const { return p != x.p || offset != x.offset; } bool operator<(iterator x) const { return p < x.p || (p == x.p && offset < x.offset); } }; //const_iterator struct __bit_const_iterator : public random_access_iterator<bool, ptrdiff_t> { typedef bool reference; typedef bool const_reference; typedef const bool* pointer; typedef __bit_const_iterator const_iterator; unsigned int* p; unsigned int offset; void bump_up() { if (offset++ == __WORD_BIT - 1) { offset = 0; ++p; } } void bump_down() { if (offset-- == 0) { offset = __WORD_BIT - 1; --p; } } __bit_const_iterator() : p(0), offset(0) {} __bit_const_iterator(unsigned int* x, unsigned int y) : p(x), offset(y) {} __bit_const_iterator(const __bit_iterator& x) : p(x.p), offset(x.offset) {} const_reference operator*() const { return __bit_reference(p, 1U << offset); } const_iterator& operator++() { bump_up(); return *this; } const_iterator operator++(int) { const_iterator tmp = *this; bump_up(); return tmp; } const_iterator& operator--() { bump_down(); return *this; } const_iterator operator--(int) { const_iterator tmp = *this; bump_down(); return tmp; } const_iterator& operator+=(difference_type i) { difference_type n = i + offset; p += n / __WORD_BIT; n = n % __WORD_BIT; if (n < 0) { offset = (unsigned int) n + __WORD_BIT; --p; } else offset = (unsigned int) n; return *this; } const_iterator& operator-=(difference_type i) { *this += -i; return *this; } const_iterator operator+(difference_type i) const { const_iterator tmp = *this; return tmp += i; } const_iterator operator-(difference_type i) const { const_iterator tmp = *this; return tmp -= i; } difference_type operator-(const_iterator x) const { return __WORD_BIT * (p - x.p) + offset - x.offset; } const_reference operator[](difference_type i) { return *(*this + i); } bool operator==(const const_iterator& x) const { return p == x.p && offset == x.offset; } bool operator!=(const const_iterator& x) const { return p != x.p || offset != x.offset; } bool operator<(const_iterator x) const { return p < x.p || (p == x.p && offset < x.offset); } }; // The next few lines are confusing. What we're doing is declaring a // partial specialization of vector<T, Alloc> if we have the necessary // compiler support. Otherwise, we define a class bit_vector which uses // the default allocator. In either case, we typedef "data_allocator" // appropriately. #if defined(__STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION) && !defined(__STL_NEED_BOOL) #define __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE #define __BVECTOR vector #else #undef __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE #define __BVECTOR bit_vector #endif # ifdef __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE __STL_END_NAMESPACE # include <stl_vector.h> __STL_BEGIN_NAMESPACE template<class Alloc> class vector<bool, Alloc> # else /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */ class bit_vector # endif /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */ { # ifdef __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE typedef simple_alloc<unsigned int, Alloc> data_allocator;//以int为单位的allocator # else /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */ typedef simple_alloc<unsigned int, alloc> data_allocator; # endif /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */ public: typedef bool value_type; typedef size_t size_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef __bit_reference reference; typedef bool const_reference; typedef __bit_reference* pointer; typedef const bool* const_pointer; typedef __bit_iterator iterator; typedef __bit_const_iterator const_iterator; #ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION typedef reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator; typedef reverse_iterator<iterator> reverse_iterator; #else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */ typedef reverse_iterator<const_iterator, value_type, const_reference, difference_type> const_reverse_iterator; typedef reverse_iterator<iterator, value_type, reference, difference_type> reverse_iterator; #endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */ protected: iterator start;//起始iterator iterator finish;//终止iterator unsigned int* end_of_storage;//指向最后的int的下一个int unsigned int* bit_alloc(size_type n) {//申请包含n个位值的空间大小。 //由于整数相除会简单的抹掉小数点,不会4舍5入,因此这里通过n + __WORD_BIT - 1来保证获取的最终值可以容纳n个空间 return data_allocator::allocate((n + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT); } void deallocate() {//删掉存储空间。 if (start.p) data_allocator::deallocate(start.p, end_of_storage - start.p); } void initialize(size_type n) {//初始化 unsigned int* q = bit_alloc(n);//首先申请空间。 //然后给各个指针赋值,将end_of_storage赋值为最后的那个int的下一个int。 end_of_storage = q + (n + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); finish = start + difference_type(n); } //在指定位置插入一个位值。 void insert_aux(iterator position, bool x) { if (finish.p != end_of_storage) { //如果当前vector还有空的位置,那么就将position后面的值全部向后赋值一格,然后将x复制到这个位置。 copy_backward(position, finish, finish + 1); *position = x; ++finish; } else { //如果当前vector没有空的位置,那么就将当前大小扩容。 size_type len = size() ? 2 * size() : __WORD_BIT; unsigned int* q = bit_alloc(len); iterator i = copy(begin(), position, iterator(q, 0));//然后将当前的值拷贝到新的空间中 *i++ = x; finish = copy(position, end(), i); deallocate();//删除掉当前的空间。 //将指针指向新的空间。 end_of_storage = q + (len + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); } } //各种范围插入方法。 #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES template <class InputIterator> void initialize_range(InputIterator first, InputIterator last, input_iterator_tag) { start = iterator(); finish = iterator(); end_of_storage = 0; for ( ; first != last; ++first) push_back(*first); } template <class ForwardIterator> void initialize_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, forward_iterator_tag) { size_type n = 0; distance(first, last, n); initialize(n); copy(first, last, start); } template <class InputIterator> void insert_range(iterator pos, InputIterator first, InputIterator last, input_iterator_tag) { for ( ; first != last; ++first) { pos = insert(pos, *first); ++pos; } } //将【first,last)插入到position的位置。 template <class ForwardIterator> void insert_range(iterator position, ForwardIterator first, ForwardIterator last, forward_iterator_tag) { if (first != last) { size_type n = 0; distance(first, last, n);//首先获取到first和last之间的元素的个数n if (capacity() - size() >= n) {//如果当前的剩余的存储空间>=n copy_backward(position, end(), finish + difference_type(n));//就将position开始的数据向后赋值n个位置。 copy(first, last, position);//然后将【first,last)间的数据拷贝到空出来的位置。 finish += difference_type(n); } else {//如果当前剩余的存储空间比n小。 //就先申请一个更大的存储空间。 size_type len = size() + max(size(), n); unsigned int* q = bit_alloc(len); //将原来的值拷贝到新的空间中,先拷贝(begin,position)。 iterator i = copy(begin(), position, iterator(q, 0)); //然后继续拷贝,将【First,last)间的数据拷贝过去。 i = copy(first, last, i); //最后拷贝(position,end)间的数据拷贝过去。 finish = copy(position, end(), i); deallocate();//删掉老的存储空间。 //更新指针,指向新的存储空间。 end_of_storage = q + (len + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); } } } #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ public: iterator begin() { return start; } const_iterator begin() const { return start; } iterator end() { return finish; } const_iterator end() const { return finish; } reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); } const_reverse_iterator rbegin() const { return const_reverse_iterator(end()); } reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); } const_reverse_iterator rend() const { return const_reverse_iterator(begin()); } //返回当前的存储的数目。 size_type size() const { return size_type(end() - begin()); } //返回最大的容量, 由于容量与内存有关,因此这里返回最大值。 size_type max_size() const { return size_type(-1); } //返回当前的容量。 size_type capacity() const { return size_type(const_iterator(end_of_storage, 0) - begin()); } //返回是否为空。 bool empty() const { return begin() == end(); } //【】运算符。 reference operator[](size_type n) { return *(begin() + difference_type(n)); } const_reference operator[](size_type n) const { return *(begin() + difference_type(n)); } __BVECTOR() : start(iterator()), finish(iterator()), end_of_storage(0) {} __BVECTOR(size_type n, bool value) { initialize(n); fill(start.p, end_of_storage, value ? ~0 : 0); } __BVECTOR(int n, bool value) { initialize(n); fill(start.p, end_of_storage, value ? ~0 : 0); } __BVECTOR(long n, bool value) { initialize(n); fill(start.p, end_of_storage, value ? ~0 : 0); } explicit __BVECTOR(size_type n) { initialize(n); fill(start.p, end_of_storage, 0); } __BVECTOR(const __BVECTOR& x) { initialize(x.size()); copy(x.begin(), x.end(), start); } #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES template <class InputIterator> __BVECTOR(InputIterator first, InputIterator last) { initialize_range(first, last, iterator_category(first)); } #else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ __BVECTOR(const_iterator first, const_iterator last) { size_type n = 0; distance(first, last, n); initialize(n); copy(first, last, start); } __BVECTOR(const bool* first, const bool* last) { size_type n = 0; distance(first, last, n); initialize(n); copy(first, last, start); } #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ ~__BVECTOR() { deallocate(); } //赋值构造函数。 __BVECTOR& operator=(const __BVECTOR& x) { if (&x == this) return *this; if (x.size() > capacity()) {//如果当前容量小于x的容量,就把本地容量扩容。 deallocate();//先释放当前空间。 initialize(x.size());//再用x的容量为基础申请新的空间 } //将x的数据拷贝到当前的空间即可。 copy(x.begin(), x.end(), begin()); finish = begin() + difference_type(x.size()); return *this; } //将vector的容量扩充至n,如果当前容量大于n了,什么也不做。 void reserve(size_type n) { if (capacity() < n) {//如果当前容量小于n,就申请个更大的内存。 unsigned int* q = bit_alloc(n); finish = copy(begin(), end(), iterator(q, 0));//然后将原有的数据拷贝过来。 deallocate();//释放掉老的内存。 start = iterator(q, 0);//更新指针。 end_of_storage = q + (n + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; } } //返回第一个和最后一个元素。 reference front() { return *begin(); } const_reference front() const { return *begin(); } reference back() { return *(end() - 1); } const_reference back() const { return *(end() - 1); } //将x插入到vector的尾部。 void push_back(bool x) { if (finish.p != end_of_storage) *finish++ = x; else insert_aux(end(), x); } //交换 void swap(__BVECTOR& x) { __STD::swap(start, x.start); __STD::swap(finish, x.finish); __STD::swap(end_of_storage, x.end_of_storage); } //插入元素x到位置posi处。 iterator insert(iterator position, bool x = bool()) { difference_type n = position - begin(); if (finish.p != end_of_storage && position == end()) *finish++ = x;//如果插入的位置是最后而且还有空位,直接更新即可。 else insert_aux(position, x);//否则调用插入方法。 return begin() + n; } #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES template <class InputIterator> void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last) { insert_range(position, first, last, iterator_category(first)); } #else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ void insert(iterator position, const_iterator first, const_iterator last) { if (first == last) return; size_type n = 0; distance(first, last, n); if (capacity() - size() >= n) { copy_backward(position, end(), finish + n); copy(first, last, position); finish += n; } else { size_type len = size() + max(size(), n); unsigned int* q = bit_alloc(len); iterator i = copy(begin(), position, iterator(q, 0)); i = copy(first, last, i); finish = copy(position, end(), i); deallocate(); end_of_storage = q + (len + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); } } //插入元素【first,last)到position。 void insert(iterator position, const bool* first, const bool* last) { if (first == last) return; size_type n = 0; distance(first, last, n); if (capacity() - size() >= n) { copy_backward(position, end(), finish + n); copy(first, last, position); finish += n; } else { size_type len = size() + max(size(), n); unsigned int* q = bit_alloc(len); iterator i = copy(begin(), position, iterator(q, 0)); i = copy(first, last, i); finish = copy(position, end(), i); deallocate(); end_of_storage = q + (len + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); } } #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ //插入n个元素x。 void insert(iterator position, size_type n, bool x) { if (n == 0) return;//如果要插入的数目为0,直接返回。 if (capacity() - size() >= n) {//如果剩余的位置大于n, //就将现有的数据向后拷贝,空出位置来。 copy_backward(position, end(), finish + difference_type(n)); //将x复制到空出的位置上。 fill(position, position + difference_type(n), x); finish += difference_type(n); } else {//如果剩余的位置不够了。 //申请一块更大的空间 size_type len = size() + max(size(), n); unsigned int* q = bit_alloc(len); //将【begin,position)的数据拷贝到新的空间中 iterator i = copy(begin(), position, iterator(q, 0)); fill_n(i, n, x); //然后将x赋值n个,放到新的空间中 //最后将【position,end)的数据拷贝到新的空间中。 finish = copy(position, end(), i + difference_type(n)); deallocate();//删除老的空间。 //更新指针,指向新的空间。 end_of_storage = q + (len + __WORD_BIT - 1)/__WORD_BIT; start = iterator(q, 0); } } //插入方法。 void insert(iterator pos, int n, bool x) { insert(pos, (size_type)n, x); } void insert(iterator pos, long n, bool x) { insert(pos, (size_type)n, x); } //弹出一个数据,这里直接让finish指针递减即可。 void pop_back() { --finish; } //删除position的位置。采取的方法是向前拷贝的方法。 iterator erase(iterator position) { if (position + 1 != end()) copy(position + 1, end(), position); --finish; return position; } //删除【first,last)间的数据,这里采用的是拷贝方法,将【last,end)间的数据向前拷贝。 //个人感觉这里少了一些步骤。至少finish指向没有处理。 iterator erase(iterator first, iterator last) { finish = copy(last, end(), first); return first; } //重新设置大小。 void resize(size_type new_size, bool x = bool()) { if (new_size < size()) //如果新的大小小于当前大小,那么就从后面开始删除元素 erase(begin() + difference_type(new_size), end()); else insert(end(), new_size - size(), x);//如果新的大小大于当前大小,就在后面插入元素,补全个数。 } //清除所有的元素。 void clear() { erase(begin(), end()); } }; #ifdef __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE typedef vector<bool, alloc> bit_vector; #else /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */ //判断两个bvector是否相等,先判断数目,然后判断每个元素 inline bool operator==(const bit_vector& x, const bit_vector& y) { return x.size() == y.size() && equal(x.begin(), x.end(), y.begin()); } inline bool operator<(const bit_vector& x, const bit_vector& y) { return lexicographical_compare(x.begin(), x.end(), y.begin(), y.end()); } #endif /* __SGI_STL_VECBOOL_TEMPLATE */
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