STL源码剖析---根据最新版本的g++4.9.0(支持C++11)的修订(1)空间配置器

 

　　源码剖析采用的G++版本为2.91.57版本，是比较老的版本与最新版本4.9.0有某些方面的差别。现在我针对最新版本做一个分析。我下载了最新的gcc-4.9.0的包作为观察对象：

　　我们#include <>时的头文件放在：gcc-4.9.0/libstdc++-v3/include/std；例如vector。

　　真正的实现文件放在：gcc-4.9.0/libstdc++-v3/include/bits；例如:stl_vector,注意前面的stl_。

　　最后要说的是：技术是不断进步，不断发展变化的。两个G++版本存在差别，4.9.0版本已经很新了，但是也不能保证后来的g++版本相对现在的就不会变化，而且可以肯定的说后来的肯定会有所变化，所以我们要用发展变化的眼光看待问题，做技术的也是同样的道理。

 

1. 空间配配器allocator

　　allocator作为C++标准的空间配置，提供了必要的空间分配能力。

 

2. 新版的SGI真的用std::alloc

　　源码剖析说SGI STL用alloc作为配置器，从未使用allocator。但是在新版本中就不一样了，使用的是标准的std::allocator。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>using std::vector;
using std::cout;
using std::endl;
using std::allocator;int main(void)
{vector<int, allocator<int>> ivec;ivec.push_back(3);cout << ivec[0] << endl;return 0;
}

编译：

[root@www 桌面]# g++ allocator.cc -std=c++0x
[root@www 桌面]# ./a.out
3

　　结论：新版gcc 可以使用std::allocator。可以试下std::alloc，发现无法编译成功。

　　查找vector定义发现默认配置器未std::allocator：

　　template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >

　　class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>

 

3. SGI <memory>

　　配置器定义于<memory>中，SGI<memory>中包含：

　　#include <bits/allocator.h>       //不是alloc.h，定义了内存空间的配置allocate(), 释放deallocate()
　　#include <bits/stl_construct.h>//负责对象昂内容的构造construct, 析构destroy()

　　#include <bits/stl_uninitialized.h>//定义了全局函数，用来fill或copy大块内存

 

4. c++ 提供的基本内存分配函数

4.1. 最基本的operator new, operator delete

在int *ip = new int发生了什么？

（1）调用名为opreator new的标准库函数分配足够大小的原始的未初始化的内存，以保存指定类型的对象。

（2）运行该类型的构造函数，用指定初始化式构造对象。

（3）返回指向新分配的并构造的对象的指针。

在delete ip;时发生什么？

（1）对ip指向的对象运行适当的析构函数。

（2）调用operator delete的标准库函数释放该对象所用内存。

 

4.2. operatro new;operator delete；

//operator new用于分配原始内存空间。

//类似C语言的malloc(size_t); C++ alloc.allocate（size_t）；

void *operator new(size_t);

void *operaotr new[](size_t);

//operator delete用于回收对象所占的内存。

//类似C语言的free（）；C+++ alloc.deallocate();

void *operator delete(void*);

void *operator delete[](void*);

 

4.3. place new: 初始化原始内存空间

place new 定位new: 在已分配的原始内存空间中初始化一个对象。

new(place_address) type;

new(place_address) type(initlist-list);

相对于alloc.construct(pos, val);更灵活，可以使用任意构造函数。

而construct只能用copy constructor,对于有些类效率可能底，也有可能不支持，就只能用place new。

 

5. STL提供的全局的算法

定义在<bits/stl_uninitialized.h>: uninitialized_copy, uninitialized_fill, uninitialized_fill_n

 

5.1. uninitialized_copy：POD类型调用STL算法copy（first, last, result）, 非POD类型调用construct(pos, value)，char*和wchar*调用memmove

template <class InputIterator, class ForwardIterato>

ForwardIterator uninitialized_copy(InputIterator first, InputIterator last, ForwareIterator result);

将内存的配置与对象的构造行为分离开来。若，[result, result + (last - first)）的每一个迭代器iter都指向未初始化区域，该函数都会调用

construct(&*(result + (iter - first)), *iter),产生*iter的复制品，放置于输出范围的相对位置上。

对于容器的全区间构造函数，可以使用uninitialized_copy()在该容器的内存上构造函数。

该函数具有commit or rollback语义，要么构造出所有元素，要么（当有任何copy construct失败时），不构造任何东西。

 

 

5.2 uninitialized_fill：POD类型调用STL算法fill（first, last, x）, 非POD类型调用construct(pos, value)

template <class Forwarditerator, class T>

void uninitialized_fill(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T&x);

用于在未初始化的内存上构造对象， 会在[first, last)范围内产生x的复制品。即会对范围内的每个迭代器调用construct(&*i, x), 在i所指处产生x的复制品。

同样的也支持commit or rollback。

 

5.3. uninitialized_fill_n：POD类型调用STL算法fill_n（first, n, x）, 非POD类型调用construct(pos, value)

template <class ForwardIterator, class Size, class T>

ForwardIterator uninitialized_fill_n(ForwardIterator first, Size n, const T &x);

与上面两个基本相同，从first开始位置，构造n个x。

 

6. allocator: 是STL提供的一个封装类，对operator new, operator delete和place new, ~T()的封装，方便分配内存。

template<typename _Tp> 
class allocator {
public:
　　//各种type的设计： 
　　typedef size_t       size_type; 
　　typedef ptrdiff_t    difference_type;
　　typedef _Tp*         pointer; 
　　typedef const _Tp*   const_pointer; 
　　typedef _Tp&         reference; 
　　typedef const _Tp&   const_reference; 
　　typedef _Tp          value_type;

　　//construct, copy construct, deconstruct
　　allocator() throw() { } 
　　allocator(const allocator& __a) throw() { } 
　　template<typename _Tp1> 
　　allocator(const allocator<_Tp1>&) throw() { } 
　　~allocator() throw() { } 

　　//必须的成员
　　template<typename _Tp1> 
　　struct rebind 
　　{ 
　　　　typedef allocator<_Tp1> other; 
　　}; 

　　pointer address(reference __x) const noexcept
　　{ 
　　　　return std::__addressof(__x);(return (pointer)&x); 
　　} 
　　
　　const_pointer address(const_reference __x) const noexcept 
　　{
　　　　return std::__addressof(__x);(return (const_pointer)&x); 
　　} 

　　pointer allocate(size_type __n, const void* = 0) { if (__n > this->max_size()) std::__throw_bad_alloc(); return static_cast<_Tp*>(::operator new(__n * sizeof(_Tp))); } 
　　
　　void deallocate(pointer __p, size_type)
　　{ 
　　　　::operator delete(__p); 
　　} 

　　size_type max_size() const noexcept
　　{ 
　　　　return size_t(-1) / sizeof(_Tp); 
　　} 

#if __cplusplus >= 201103L 
　　template<typename _Up, typename... _Args> void construct(_Up* __p, _Args&&... __args) { 
　　　　::new((void *)__p) _Up(std::forward<_Args>(__args)...);
　　} 

　　template<typename _Up> 
　　void destroy(_Up* __p) { __p->~_Up(); } 
#else void construct(pointer __p, const _Tp& __val) { 
　　　　::new((void *)__p) _Tp(__val); 
　　} 

　　void destroy(pointer __p) { __p->~_Tp(); } 
#endif 
};//allocator<void> specialization. 
//void的完全特化版本
template<> 
class allocator<void> 
{
public:       
　　typedef size_t      size_type;       
　　typedef ptrdiff_t   difference_type;       
　　typedef void*       pointer;       
　　typedef const void* const_pointer;       
　　typedef void        value_type;

　　template<typename _Tp1>         
　　struct rebind         
　　{ 
　　　　typedef allocator<_Tp1> other; 
　　};
}

 

7. 总结

　　（1） 原始内存空间分配：operator new 或者 allocator.allocator();

　　（2）原始内存空间初始化对象：place new 或者 allocator.construct(); uninitiated系列函数。

　　（3)  清理对象：~T() 或者 allocator.destroy()。

　　（4）内存空间的回收：operator delete 或者 allocator.deallocator();

 

　　完成以上几个步骤的函数：new, delete。