STL源码学习std::list类的类型别名分析

Posted 2020-08-03 Harley_Quinn

有了点模板元编程的traits基础，看STL源码清晰多了，以前看源码的时候总被各种各样的typedef给折腾得看不下去，

将<list>头文件的类继承结构简化如下

#include <xmemory>
#include <stdexcept>

#define _STD_BEGIN namespace std {
#define _STD_END }

_STD_BEGIN

// 第一个模板参数
template <class _Val_types>
class _List_val : public _Container_base { };

// 第二个模板参数
template <class _Ty, class _Alloc0>
struct _List_base_types { };

template <bool _Al_has_storage, class _Alloc_types>
class _List_alloc
	: public _List_val<typename _Alloc_types::_Val_types> { };

template <class _Ty, class _Alloc>  // 这里默认_Alloc不为空类型
class _List_buy     // !is_empty<_Alloc>::value暂不讨论
	: public _List_alloc<true, _List_base_types<_Ty, _Alloc>> { };

template <class _Ty, class _Alloc = allocator<_Ty> >
class list : public _List_buy<_Ty, _Alloc> { };

_STD_END

举个例子，看看list<int>这个实例化会产生什么效果，从下往上看。

_Ty被替换成int，_Alloc默认被替换成allocator<int>，上一层基类_List_buy的两个模板参数也是_Ty和_Alloc

再上一层基类_List_alloc有2个模板参数，第一个是bool值，编译期判断是否为空类型（empty class），第二个则是由_Ty和_Alloc两个模板参数实例化的_List_base_types类，该类没有基类型，这个类如同名字所说，list的基本类型。

_List_alloc的基类_List_val也是由_List_base_types作为模板参数实例化，_List_val的基类Container_base0仅仅包含两个函数体内为空的函数。

结论：list<>进行实例化后，模板参数_Ty是通过_List_base_types来定义list各类中的类型别名。

现在来看看_List_base_types内部的typedef

template<class _Ty,
	class _Alloc0>
	struct _List_base_types
	{	// types needed for a container base
	typedef _Alloc0 _Alloc;
	typedef _List_base_types<_Ty, _Alloc> _Myt;

	typedef _Wrap_alloc<_Alloc> _Alty0;
	typedef typename _Alty0::template rebind<_Ty>::other _Alty;


	typedef typename _Get_voidptr<_Alty, typename _Alty::pointer>::type
		_Voidptr;
	typedef _List_node<typename _Alty::value_type,
		_Voidptr> _Node;

	typedef typename _Alty::template rebind<_Node>::other _Alnod_type;
	typedef typename _Alnod_type::pointer _Nodeptr;
	typedef _Nodeptr& _Nodepref;

	typedef typename _If<_Is_simple_alloc<_Alty>::value,
		_List_simple_types<typename _Alty::value_type>,
		_List_iter_types<typename _Alty::value_type,
			typename _Alty::size_type,
			typename _Alty::difference_type,
			typename _Alty::pointer,
			typename _Alty::const_pointer,
			typename _Alty::reference,
			typename _Alty::const_reference,
			_Nodeptr> >::type
		_Val_types;
	};

 _Myt为实例化后的该类模板的别名。

先看看最后的关键的_Val_types，变量类型，通过元函数（Meta Function）_If来完成类型计算。

template<bool,
	class _Ty1,
	class _Ty2>
	struct _If
	{	// type is _Ty2 for assumed false
	typedef _Ty2 type;
	};

template<class _Ty1,
	class _Ty2>
	struct _If<true, _Ty1, _Ty2>
	{	// type is _Ty1 for assumed true
	typedef _Ty1 type;
	};

通过模板特化来完成编译期的判断，三个模板参数，第一个为bool，如果第一个参数为true，那么类型type是_Ty1，否则类型type是_Ty2。

_Val_types第一个参数<_Is_simple_alloc<_Alty>::value，判断_Alty是否为“简单的内存分配器”，如果不是，则意味着你专门定制了特殊的内存分配器（类），并将这个类的类型别名（size_type、pointer等等）传递给_Val_types。

如果是，就直接用_List_simple_types，也就是list的简单类型。

template<class _Ty>
	struct _List_simple_types
		: public _Simple_types<_Ty>
	{	// wraps types needed by iterators
	typedef _List_node<_Ty, void *> _Node;
	typedef _Node *_Nodeptr;
	};

到这里就可以发现，链表类必须用到的结点类就在这里：_List_node<_Ty, void *>

template<class _Value_type,
	class _Voidptr>
	struct _List_node
		{	// list node
		_Voidptr _Next;	// successor node, or first element if head
		_Voidptr _Prev;	// predecessor node, or last element if head
		_Value_type _Myval;	// the stored value, unused if head

	private:
		_List_node& operator=(const _List_node&);
		};

template<class _Value_type>
	struct _List_node<_Value_type, void *>
		{	// list node
		typedef _List_node<_Value_type, void *> *_Nodeptr;
		_Nodeptr _Next;	// successor node, or first element if head
		_Nodeptr _Prev;	// predecessor node, or last element if head
		_Value_type _Myval;	// the stored value, unused if head

	private:
		_List_node& operator=(const _List_node&);
		};

结点类包含前向指针和后向指针，双向链表，并且把赋值运算符的重载置为private，禁止了结点间进行赋值。

因为进行赋值如果是简单的引用传递，没有意义，如果新建了个一模一样的结点，链表就不再是链表，而形成了闭合的图结构。

至于它的基类_Simple_types<_Ty>则是一些基本类型的集合

		// TEMPLATE CLASS _Simple_types
template<class _Value_type>
	struct _Simple_types
	{	// wraps types needed by iterators
	typedef _Value_type value_type;
	typedef size_t size_type;
	typedef ptrdiff_t difference_type;
	typedef value_type *pointer;
	typedef const value_type *const_pointer;
	typedef value_type& reference;
	typedef const value_type& const_reference;
	};

 比如_Ty为int的话，_Simple_types里面的类型别名就是

int（值类型）、size_t（尺寸类型）、ptrdiff_t（差数类型）、int*（指针）、const int*（常指针）、int&（引用）、const int&（常饮用）

用了一些通用的接口来实现类型的统一。