来聊聊STL标准库（一）---allocators

写在前面的话

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C++的STL库很早以前就已经是C++的标准库了，大量的c++应用都在使用，STL是一个代码写得非常精美的库，侯捷老师有一本<<STL源码剖析>>对此有非常详细的介绍，感兴趣的可以去看一下，认真看完看懂以后，对你编程的思想还是有些影响的，毕竟读完以后看到了那么多大师的写法，怎么说脑袋还是会受到一些影响的。

看标准库的源代码，并不是要更加熟悉的使用库，而是强化自己的编程思想，像STL这样的标准库，基本上代码已经非常精简没有什么多余的了（精简的同义词实际上是非常晦涩难懂），阅读这样的代码，可以大大提供自己的编程思想，注意，是思想，不是能力，我觉得，编程能力还是得靠练习实际项目才能有提高的，当然，一些牛人除外，他们的思想和算法我们是跟不上的，比如雷神之锤中的那个浮点数开方函数中的0x5f3759df，像这玩意，我等凡人就不要去深究了。。。

还有，虽然是c++，但是STL并不是按照面向对象的方式进行编程的，所以你要是想增加自己的面向对象的功力，还是不要看这个了，并且用了比较多的模板和c++一些特别语法，读起来会非常非常晦涩，但是理解了以后就一片光明了。

我是对照侯老师的书去看的源代码，我觉得没必要非常非常深入的读，只需要理解他们的编程思想就行了，太深入的话，一是花费太多时间，二是这种精简的代码往往有很多编程技巧在里面，理解困难并且实际项目中使用得也比较少，因为在实际项目中更多的还是要跟人合作，你写的代码总得让别人看得懂吧，使用过多的编程技巧实际上是一种费力不讨好的事情。

STL的组件

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STL的组件分成6大部分，分别是：

• allocators 这是一个最底层的部分，负责空间的配置，管理，申请，释放等等
• containers 容器，这个是我们用的最多的，像vector,map,set等等都在这里面
• iterators 迭代器，这个也是我们用得最多的，一般和容易一起使用
• algorithms 算法，这个用得也不少，排序，搜索，替换之类的都在这里
• functors 这个是算法的策略
• adapters 适配器，知道设计模式的就应该比较容易理解，你把它理解成接口可能更容易一些

  上面六大组件就是STL的核心，我们一个一个来说一下。

  allocators --- 空间配置器

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  简单的来说，空间配置器主要完成空间的申请和释放，在c++中，我们知道一个对象的整个生命周期包括：

  • 申请类的内存空间
  • 调用构造函数初始化类中的相关信息
  • 类操作
  • 调用析构函数释放类中间的相关信息
  • 释放类的内存空间

    第一和第二个操作是由new关键字来实现的，第四和第五个操作是由delete来实现的，在STL中，内存的申请和释放，都是通过stl_alloc.h来实现的，对于类的初始化和析构，都是通过stl_constuct.h来实现的，这样把内存的释放和类的内部变量释放分开了，这只是一种设计方法，没什么特别的地方，只是为了更直观好看一点。

    我们分别来看看这两个文件吧，首先是stl_constuct.h 完整的文件在这里(stl_constuct.h)

    首先，最基本的部分：

    template<class _Tp, class _Alloc>class simple_alloc {public:    //申请内存，指定大小    static _Tp* allocate(size_t __n)    { return 0 == __n ? 0 : (_Tp*) _Alloc::allocate(__n * sizeof (_Tp)); }    //申请类型为_Tp的内存空间    static _Tp* allocate(void)    { return (_Tp*) _Alloc::allocate(sizeof (_Tp)); }    //释放内存，指定个数    static void deallocate(_Tp* __p, size_t __n)    { if (0 != __n) _Alloc::deallocate(__p, __n * sizeof (_Tp)); }    //直接释放内存    static void deallocate(_Tp* __p)    { _Alloc::deallocate(__p, sizeof (_Tp)); }};
    
    

    我们会发现，不管是哪个方法，调用的都是_Alloc这个类型的方法，至于这个类型是什么，由于是使用的模板方式编写的程序，那只有传进来的时候才知道

    在stl_alloc.h中，实际上使用了两层内存分配策略，第一层的策略实际上直接就是malloc和free的封装，第二层的稍微复杂一点，维护了几个链表，小型的数据申请和释放更加迅速，在代码里面分别是__malloc_alloc_template和__default_alloc_template

    对于__malloc_alloc_template比较简单，就是封装了标准c语言的内存申请释放函数，大家可以看看源代码。

    而对于__default_alloc_template，实际上实现方式是，当申请的内存大于128字节的时候，交给__malloc_alloc_template来处理，当小于128的时候自己处理，并且维护了一组链表，申请和释放128以下的内存直接从链表中获取和消除，省去了调用malloc和free的时间，速度更快，其实这种方法，我们自己也用得很多，这其实就是内存池了。

    这些个代码我就不贴出来了，大家感兴趣可以自己研究研究。

    上面就是第一个组件allocators，这个组件实际上并没有对外开放，一般都是在STL内部使用，但是这个是STL的基石，因为不管是上面数据结构还是算法，最后都离不开内存这玩意。