STL源码分析--list
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STL源码分析--list相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1 相关文件
2 链表节点结构
3 链表的内存分配
4 list接口
4.1 默认构造
4.2 从元素个数与值构造
4.3 从容器区间构造
4.4 复制构造
4.5 析构函数
4.6 resize
4.7 reverse
4.8 sort
往期回顾
1 相关文件
list
list.h
stl_list.h
2 链表节点结构
基类_List_node_base只有_M_prev, _M_prev，分别指向前置节点和后继节点，由此看出STL list是双向链表（首节点为空）
struct _List_node_base {
_List_node_base* _M_next;
_List_node_base* _M_prev;
}
派生类_List_node还有_M_data，用于存放数据项
template <class _Tp>
struct _List_node : public _List_node_base {
_Tp _M_data;
}
3 链表的内存分配
同vector, 申请内存的调用链如下。allocator见
_Alloc_type::allocate
-> simple_alloc<_List_node<_Tp>, _Alloc>::allocate
-> _Alloc::allocate (list中_Alloc缺省为__STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp))
-> allocator<_Tp>
4 list接口
4.1 默认构造
注意用户可为list实例自定义内存分配器，内存分配器类型通过模板参数传入，内存分配器实例通过函数参数传入。_M_get_node从内存分配器中申请一个链表节点_List_node<_Tp>大小的内存。使用默认构造函数时，list中并没有任何元素，因此_M_get_node中只申请内存，但并不在其上构造_Tp对象，即该节点是空的哨兵节点。
explicit list(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}
_List_base(const allocator_type&) {
_M_node = _M_get_node();
_M_node->_M_next = _M_node;
_M_node->_M_prev = _M_node;
}
4.2 从元素个数与值构造
实现：连续向list中插入__n个值为__value的元素
调用链如下。
list::list
-> list::insert(批量版本，一次插入n条数据)
-> list::_M_fill_insert
-> list::insert(非批量，一次插入1条数据)
相关代码片段如下：
``` c++
// list::list
list(size_type __n, const _Tp& __value,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _Base(__a)
{ insert(begin(), __n, __value); }
// list::insert(批量版本，一次插入n条数据)
void insert(iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x)
{ _M_fill_insert(__pos, __n, __x); }
// list::_M_fill_insert
template <class _Tp, class _Alloc>
void
list<_Tp, _Alloc>::_M_fill_insert(iterator __position,
size_type __n, const _Tp& __x)
{
for ( ; __n > 0; --__n)
insert(__position, __x);
}
// list::insert(非批量，一次插入1条数据)
iterator insert(iterator __position, const _Tp& __x) {
_Node* __tmp = _M_create_node(__x);
__tmp->_M_next = __position._M_node;
__tmp->_M_prev = __position._M_node->_M_prev;
__position._M_node->_M_prev->_M_next = __tmp;
__position._M_node->_M_prev = __tmp;
return __tmp;
}
_M_create_node也会新建链表节点，其与_M_get_node的不同在于会在内存上构造值为__x的_Tp对象。
_Node* _M_create_node(const _Tp& __x)
{
_Node* __p = _M_get_node();
__STL_TRY {
_Construct(&__p->_M_data, __x);
}
__STL_UNWIND(_M_put_node(__p));
return __p;
}
4.3 从容器区间构造
遍历容器区间[__first, __last), 依次将元素插入list中
// We don't need any dispatching tricks here, because insert does all of
// that anyway.
template <class _InputIterator>
list(_InputIterator __first, _InputIterator __last,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _Base(__a)
{ insert(begin(), __first, __last); }
template <class _Tp, class _Alloc>
void
list<_Tp, _Alloc>::insert(iterator __position,
const_iterator __first, const_iterator __last)
{
for ( ; __first != __last; ++__first)
insert(__position, *__first);
}
4.4 复制构造
实现上同从容器区间构造类似，在此略过。
list(const list<_Tp, _Alloc>& __x) : _Base(__x.get_allocator())
{ insert(begin(), __x.begin(), __x.end()); }
4.5 析构函数
实现上分两步：
-
对于每个除 _M_node的节点，依次遍历并对其中的_Tp执行析构，并释放节点内存。 -
对于头节点，直接释放节点内存。
_M_put_node调用_Alloc_type::deallocate释放内存。
~list() { }
~_List_base() {
clear();
_M_put_node(_M_node);
template <class _Tp, class _Alloc>
void
_List_base<_Tp,_Alloc>::clear()
{
_List_node<_Tp>* __cur = (_List_node<_Tp>*) _M_node->_M_next;
while (__cur != _M_node) {
_List_node<_Tp>* __tmp = __cur;
__cur = (_List_node<_Tp>*) __cur->_M_next;
_Destroy(&__tmp->_M_data);
_M_put_node(__tmp);
}
_M_node->_M_next = _M_node;
_M_node->_M_prev = _M_node;
}
void _M_put_node(_List_node<_Tp>* __p) { _Alloc_type::deallocate(__p, 1); }
4.6 resize
遍历一遍list, 得到链表长度，然后根据长度判断是否对链表进行增长或减短
-
如果是前者，调用insert在链表尾部插入 new_size - __len个值为__x的节点 -
如果是后者，调用erase在链表尾部删除 __len - new_size个节点 因为会遍历全部节点，最好不要执行list::resize,list.size同理
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::resize(size_type __new_size, const _Tp& __x)
{
iterator __i = begin();
size_type __len = 0;
for ( ; __i != end() && __len < __new_size; ++__i, ++__len)
;
if (__len == __new_size)
erase(__i, end());
else // __i == end()
insert(end(), __new_size - __len, __x);
}
4.7 reverse
从头节点_M_node开始逆序遍历链表，交换所有节点的prev和next指针
inline void __List_base_reverse(_List_node_base* __p)
{
_List_node_base* __tmp = __p;
do {
__STD::swap(__tmp->_M_next, __tmp->_M_prev);
__tmp = __tmp->_M_prev; // Old next node is now prev.
} while (__tmp != __p);
}
4.8 sort
sort代码如下所示。list排序时，链表中维护临时链表__carry和链表数组__counter[64], 和__fill状态。其中__counter用于暂存当前的排序结果，__fill表示当前已被使用的__counter数组中的链表数量。
注意：代码中调用merge方法时，会将两个list按照顺序合并成一个。假设有两个list a与b, 调用a.merge(b)之后，b中所有节点都被转移到a中，b为空链表，a中包含了所有的节点，并按照顺序排列。
template <class _Tp, class _Alloc>
void list<_Tp, _Alloc>::sort()
{
// Do nothing if the list has length 0 or 1.
if (_M_node->_M_next != _M_node && _M_node->_M_next->_M_next != _M_node) {
list<_Tp, _Alloc> __carry;
list<_Tp, _Alloc> __counter[64];
int __fill = 0;
while (!empty()) {
__carry.splice(__carry.begin(), *this, begin());
int __i = 0;
while(__i < __fill && !__counter[__i].empty()) {
__counter[__i].merge(__carry);
__carry.swap(__counter[__i++]);
}
__carry.swap(__counter[__i]);
if (__i == __fill) ++__fill;
}
for (int __i = 1; __i < __fill; ++__i)
__counter[__i].merge(__counter[__i-1]);
swap(__counter[__fill-1]);
}
}
举个例子可能更好理解一些：假设链表中有4个值，从前到后分别为v0, v1, v2, v3。__counter数组长度为4, 即__counter[0], __counter[1], __counter[2], __counter[3]
-
初始状态： __fill= 0,__counter中所有链表为空 -
第一轮循环：加入 v0, 状态变成__counter[0] = {v0}, __fill = 1 -
第二轮循环：加入 v1, 变成__counter[0] = {}, __counter[1] = {v0, v1}, __fill = 2 -
第三轮：加入 v2, 变成__counter[0] = {v2}, __counter[1] = {v0, v1}, __fill = 2 -
第四轮：加入 v3, 变成__counter[0] = {}, __counter[1] = {}, __counter[2] = {v0, v1, v2, v3}, __fill = 3 -
最终得到一组 __counter[4]，从左到右merge所有__counter中的链表，最终得到排过序的{v0, v1, v2, v3}结果, 并通过swap将结果转移给list对象本身。
其实list中sort算法就是非递归版本的归并排序，时间复杂度为O(n logn)
以上是关于STL源码分析--list的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
STL源码拆解基于源码分析forward_lsit容器实现(详细!)