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cpp's Introduction

C++ 体系结构和内核分析

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写在前面的 —— 编程规范

常规

  1. 每行不得超过一个表达式

  2. 不能将函数写在一行上

  3. 单行不得超过 120 个字符 ,并且始终不得超过 140 个字符

  4. 行不应以空格或制表符结尾

  5. 文件必须以空行结尾

  6. 所有命名都必须由正确的英语单词或其缩写构成

  7. 变量 的定义应尽可能的接近使⽤点 应有尽可能⼩的作⽤域

  8. 所有 变量 都 应 在 定义时 初始化

  9. 所有的常量都应用 const 标记

  10. 如果通过引用传递的函数参数在函数中无更改 ,则其也应用 const 标记

  11. 每单位的缩进为两个字符

  12. 缩进反映了程序的逻辑结构

    • 在循环中的语句的缩进值必须大于循环标头
    • 在 if 和 else 中的语句必须具有⼤于 if 和 else 标头的缩进
    • switch 中的 case 关键字必须与 switch 对齐
    • 在 switch 中包含的语句 ,其缩进应至少大于一个一个单位 性对于 switch 的缩进
  13. 循环和条件判断中的所有语句都应用打括号括起来 ,及时它为单条语句

  14. 打括号必须 规范放置 ,有以下两种选择

    1. image-20210804154958445
    2. image-20210804155004724

    函数的括号放置只允许一种情况:

    image-20210804155025280

    在程序中括号的放置只应遵循一种 ,不得多种方法混用

  15. 关键字 if 和 else 可以组合在一起 ,以便减少缩进

    image-20210804155104112

  16. 所有的命名不得以下划线开头

  17. 宏定义必须为大写

  18. 较长语句的分行应向如下所示:

    1. 在下一行的开头,必须有一个连字符运算符(逗号除外)
    2. 边距的缩进必须大于 2 个单位
    3. 如果在带括号的复杂表达式中使⽤连字符,则缩进应反映括号嵌套,每个嵌套级别 在下⼀⾏添加1个缩进

    例如:

    image-20210804160235035

  19. 在表达式内部,应使⽤括号以避免歧义。 除了明显的算数优先级外,所有表达式都应经过设计,因此在阅读时不需要知道运算符优先级

  20. 不允许在头文件中的顶部使用命名空间

  21. 头文件必须包含 “#include 防范”,也就是必须防止头文件被重复编译

  22. 包含头⽂件的顺序⾮常重要:

    1. 包含应有其定义的头文件,例如:circle.cpp 首先应包含 circle.hpp
    2. 标注库
    3. 头文件使用的库
    4. 自定义头文件
  23. 对头文件的依赖应最小化,如果头文件中包含了过多的声明,则不应该在此头文件中进行其实现

类的编写

  1. 类名必须由大写字母开头 ,如果名称有多个单词组成 ,则每个单词首字母都应大写 CapsCase 。例如 Queue 和 RoundedRectangle;此外另一种可能的命名规则为每个单词为小写且用下划线分割(不推荐)

  2. 类名必须是带有明确含义的完整单词 ,另外 ,函数名必须由动词开头 ,因为它代表一个动作

  3. 如果为 struct 结构体 (无需构造和析构函数 ),结构体的命名可用小写字母加下划线分割 ,且必须在名称后面添加 _t

  4. 类内的部分 应按照他们的作用排序

    1. public :对外接口
    2. protected :继承接口
    3. private :私有部分
  5. 类内在每个部分的信息应安排如下:

    1. 类型
    2. 类字段
    3. 无参默认构造函数
    4. 复制和移动构造
    5. 所有其他构造
    6. 析构函数
    7. 重载运算符
    8. 成员方法
  6. 函数和成员方法 应使用驼峰命名法 (camelCase),即 小写字母开头紧随其后的单词首字母应为大写 ,例如 draw() getArea()

  7. 函数名应为动词开头 因为他们代表一个动作

  8. 应在所有未改变变量值的成员方法加上 const 限定符

  9. 类字段的命名必须拥有独特的字段属性

    • 前缀为 m_

    • 在最后添加下划线 _ 推荐

      class Demo
      {
          public:
          	...
          
          private:
          	double aurmOne_;
          	char aurmTwo_;
      }
  10. 构造函数中的初始化列表必须每⾏最多初始化⼀个变量或基类。 初始化列表前⾯的冒号必须保留在参数列表的⾏中,不允许将其转移到下⼀⾏

    Circle::Circle(double r_circle, const point_t& center):
      circle_center_(center),
      r_circle_(r_circle)
    {
      assert(r_circle > 0);
    }
  11. 在实现⽂件中,所有函数必须具有完全限定的名称,其中名称空间和类名称使⽤“::”与函数名称分隔。 例如,对于lab::detail 名称空间中名为 foo() 的函数,实现应如下所示:

    image-20210804160428577

一. 流

1.1 std

  • std::getline(输入流,string,终止符[可选])

    从输入流中获取一整行,可以是单个普通字符、空字符、制表符换行符

      std::string str;
      std::getline(std::cin, str);	// 将输入流作为参数传入
      std::getline(std::cin, str, ',');	// 最后一个参数是终止字符,即读取到这个字符后结束
  • std::skipwsstd::noskipws

    定义于头文件 <ios>

    启用或禁用有格式输入函数所做的跳过前导空白符**(默认启用)**。在输出上无效果。

    1. 如同用调用 str.setf([std::ios_base::skipws] 启用str 中的 skipws 标志

    2. 如同用调用 str.unsetf([std::ios_base::skipws] 禁用str 中的 skipws 标志**(会对整个流生效知道使用 std::skipws 取消)**

    #include <iostream>
    #include <sstream>
    int main()
    {
        char c1, c2, c3;
        std::istringstream("a b c") >> c1 >> c2 >> c3;
        std::cout << "Default  behavior: c1 = " << c1 << " c2 = " << c2 << " c3 = " << c3 << '\n';
      std::istringstream("a b c") >> std::noskipws >> c1 >> c2 >> c3;
        std::cout << "noskipws behavior: c1 = " << c1 << " c2 = " << c2 << " c3 = " << c3 << '\n';
    }
    =================================================================
    输出:
    Default  behavior: c1 = a c2 = b c3 = c
    noskipws behavior: c1 = a c2 =   c3 = b
  • std::ws

    剔除流中的空字符、制表符换行符,直到匹配到非空字符,可使用 std::noskipws 将此禁用

    int main()
    {
        std::string str;
        std::cin >> std::ws >> str;	// 剔除str前面的所有空字符,当然在这里不用也行
        
        // 读取一串数字中的一个字母(使用空格分隔)
        // 比如:>>>    16468   f     23541
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        char c_sign = '\0';
        std::cin >> std::ws >> num1 >> std::ws >>  c_sign >> std::ws >> num2;
    }

1.2 iostream

1.2.1 常用函数

所有流中未处理或读取的字符都会在缓冲区等待

头文件:#include <iostream>

输入和输出流都能够作为参数传递,除了在 main 函数(主进程中),其他的函数中的输入输出流都应该作为参数传入,而不应该直接使用 std::cin 或者 std::cout ,因为在引发异常时主线程必须能够将子线程中的流覆盖

比如:

#include <iostream>

// 在函数中 istr 和 ostr 可以像 std::cin 和 std::cout 一样自由使用
void foo(int num, istream& istr, ostream& ostr)
{
    ostr << "Please input one number: ";
    istr >> num;
    
    if (!istr.good() || !ostr.good())
    {
        // 抛出异常
	}
}

int main(int args, char * argv[])
{
    int num;
    
    // 将 std::cin 和 std::cout 从 main 函数中作为参数传入
    foo(num, std::cin, std::cout);
}
  • std::cin <<

    输入时自动跳过前置空字符空行

  • std::cin.get()

    从输入流中获取一个字符,这个字符可以是普通字符、空字符、制表符换行符

  • std::cin.peek()

    查看输入流中的下一个字符,但是不读取,这个字符可以是普通字符、空字符、制表符换行符

    // 从输入流中读取一个字符,如果是字母 A 则读取读取并输出,如果不是则返回
    void foo(istream& istr, ostream& ostr)
    {
        char c_sign = '\0';
        if (istr.peek() == 'A')
        {
            ostr << istr.get();
        }
    }
  • std::cin.ignore

    • std::cin.ignore()

      从输入流中忽略一个字符

    • std::cin.ignore(num, 终止字符)

      跳过输入流中n个字符,或在遇到指定的终止字符时提前结束(此时跳过包括终止字符在内的若干字符)

    • std::cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(), ‘\n’)

      清除当前行

    • std::cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max())

      清除 cin 里所有内容

    • ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), ',')

      忽略逗号前面的所有内容


1.2.1 流状态标志

std::ios_base::iostate

https://zh.cppreference.com/w/cpp/io/ios_base/iostate

  • **goodbit**无错误

  • **badbit**不可恢复的流错误

  • **failbit**输入/输出操作失败(格式化或提取错误)

  • **eofbit**关联的输出序列已抵达文件尾

相关函数:

  • std::cin.fail()

    输入/输出操作失败(格式化或提取错误)。比如 int 类型的却读取了一个 char

  • std::cin.good()

    输入流无错误

  • std::cin.setstate(std::istream::failbit)

    将输入流设置为 failbit,也可以是上面其他的 goodbitbadbiteofbit


1.3 string stream

1.3.1 常用方法

例如:

将 std::cin 输入流中的内容导入到一个 stringstream 中,再处理这个 stringstream 而不是处理 std::cin 流

int main()
{
  std::string str_line;
  std::getline(std::cin, str_line);
  std::stringstream str_stream(str_line);

  int num;
  str_stream >> num;	// 会像 std::cin 一样自动互忽略流中的空字符
}

二. C++标准库

重要的网站:

www.cplusplus.com

www.en.cppreference.com/w/

www.gcc.gnu.org

2.1 前置知识

Q: 什么是泛型编程

A: 所谓泛型编程,就是使用template(模板)为主要工具来编程,STL就是泛型编程最成功的作品


Q:什么是STL

A:STL - Standard Template Library - 标准模板库


标准库以头文件的形式呈现,而不是编译好的,所以直接看到源代码

  • C++的标准库的头文件不带拓展名.h,例如 #include <vector>
  • 新的C文件也不带.h了,例如 #include <cstdio>
  • 新的头文件里的组件都被封装在了 namespace std
    • using namespace std
    • using std::cout
  • 旧的头文件中的组件没有封装在 namespace std

STL六大部件(Components):

  • 容器(Containers)
  • 分配器(Allocators) - 为容器分配内存
  • 算法(Algorithms)
  • 迭代器(Iterators) - 类似于一个泛化指针
  • 适配器(Adapters)
  • 仿函数(Functors)

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实例程序:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>

int main()
{
	int arr[6] = { 21, 210, 100, 40, 56, 6 };
    //    ↓container      ↓allocator
    std::vector<int, allocator<int> > vec(arr, arr + 6);
    
    //           ↓algorithm     ↓iterator↓        ↓function adapter(negator)
    std::cout << count_if(vec.begin(), vec.end(), not1(bind2nd(less<int>(), 40)));
    //                                            function object↑
    // 整个 not1(bind2nd(less<int>(), 40)) 是一个 谓词(predicate)
    return 0;
}

2.2 算法复杂度

  1. O(1) or O(N):常数时间(constant time)
  2. O(N):线性时间(linear time)
  3. O(log2N):二次线性时间(sub-liner time)
  4. O(N^2):平方时间(quadratic time)
  5. O(N^3):立方时间(cubic time)
  6. O(2^N):指数时间(exponential time)
  7. O(Nlog2N):介于线性及二次方的中间行为模式

2.3 OOP vs. GP

2.3.1 OOP

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OOP - Object-Oriented programming

OOP 企图将 数据(datas) 和 方法 (methods) 联系在一起

比如:

list 容器将许多方法和保存的数据保存到了一起

template<typename T>
class list
{
public:
    push_back(T data);
    push_frount(T data);
    ...
    ...
    sort();
	// Q: 考虑一下为什么 list 提供了自己的 sort 方法,而不是像其他容器一样可以随意的使用标准库提供的 			::sort 方法?
    // A: 因为 list 是一个双向链表,元素在内存上不是连续的,所以泛化指针不能随意的执行++、--等操作
private:
    T data_;
}

2.3.2 GP

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GP - Generic Programming

GP 欲将 数据(datas) 和 方法 (methods) 分离

这么做的好处有:

  • 容器(Containers) 和 算法(Algorithms) 可以分开设计,各尽其职。然后之间使用迭代器(Iterator)沟通/链接
  • 算法(Algorithms) 通过 迭代器(Iterator) 确定操作范围,并通过 迭代器(Iterator) 取用容器(Containers) 中的元素

比如:

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2.4 操作符重载

以下操作符不能重载:::..*?:

三. 容器

3.1 容器的基本使用

  • 前闭后开 [ )

    .begin() 指向容器中的第一个元素

    .end() 指向容器所有元素的下一个元素(不是容器的一部分)

    Container<T> c;
    ...
    Container<T>::iterator it = c.begin();
    for ( ; it < c.end(), ++it)
    {
        ...
    }
  • C++ 11 新的迭代方法

    range-based for statement

    for ( 声明 : 容器 )
    {
        ...
    }
    for ( int i : { 21, 210, 100, 40, 56, 6 })
    {
        std::cout << i << endl;
    }
    std::vector<double> vec;
    ...
    for (auto elem : vec) // 在这里 auto 自动适配为 std::vector<double>::iterator
    {
    	std::cout << elem << std::endl; 
    }
    
    for (auto& elem : vec)
    {
        elem *= 3;
    }
  • C++11 auto 关键字

    auto 为C++中的自动类型推导

    例如以往的代码这么写:

    list<string> c;
    ...
    list<string>::iterator it;
    it = ::find(c.begin(), c.end(), target);

    如今可以更改为

    list<string> c;
    ...
    // 自动适配为 list<string>::iterator it
    auto it = ::find(c.begin(), c.end(), target);
  • 容器不一定是连续的空间

3.2 容器的基本使用

  • mapset的底层都是使用红黑树实现
    • map中单个节点包含 keyvalue,之后使用keyvalue
    • setkeyvalue是不分的,是一个东西
  • 容器中带有**multi** 的代表元素可以重复**(multi - 代表多)**,比如:multisetmultimap中的元素(key)可以重复
  • 容器中带有**unordered** 的代表底部使用了哈希表
  • 所有的容器中,所有模板都有第二个参数 (vector<参数一,参数二>),第二个参数是一个分配器。如果不填写第二个参数,则使用默认的分配器

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3.2.1 array

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头文件:<array>

初始化:array<类型, 数组大小> arr;

方法:

  • arr.size() 返回数组的大小
  • arr.front() 第一个元素的内容
  • arr.back() 最后一个元素的内容
  • arr.data() 第一个元素的地址

3.2.2 vector

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描述:一端开口的容器,会自动为容器提前分配空间(大约是1.5倍)。容器的大小/容量始终大于或等于容器中元素的个数。注意,这个容器“成长”的过程是缓慢的,因为要在另一个区域重新开辟一块内存,然后将当前内存中的所有元素一一拷贝过去

头文件:<vector>

初始化:std::vector<类型> vec;

方法:

  • vec.push_back() 将元素从尾部放入
  • vec.size() 容器中真正的元素个数
  • vec.capacity() 容器的大小
  • vec.front() 返回容器中的第一个元素
  • vec.back() 返回容器中最后一个元素
  • vec.data() 容器的起始地址

3.2.3 list

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描述:双向链表

头文件:<list>

初始化:list<类型> l;

方法:

  • l.size() 返回双向链表的大小
  • l.max_size() 返回双向链表的最大大小
  • l.push_frount 头插
  • l.push_back 尾插
  • l.pop_frount 移除首元素
  • l.pop_back 移除末元素
  • l.front() 返回双向链表中第一个元素的内容
  • l.back() 返回双向链表中最后一个元素的内容
  • l.sort() list 自己提供的排序算法

3.2.4 forward_list

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描述:单向链表

头文件:<forward_list>

初始化:list<类型> f_l;

方法:

  • 无此方法: f_l.size()
  • f_l.max_size() 返回单向链表的最大大小
  • l.push_frount 头插
  • f_l.pop_frount 移除首元素
  • 无此方法: l.push_back
  • f_l.front() 返回双向链表中第一个元素的内容
  • 无此方法: f_l.back()
  • f_l.sort() forward_list 自己提供的排序算法

3.2.5 slist

slist 是GUN标准下的(非标准库)一个单向链表,功能完全和标准库中的forward_list完全一样


3.2.6 deque

描述:duque是一个双向开口,可进可出的容器。duque在内存中并不是连续的,连续只是一个假象。duque是有许多内存段中组合而成,一个内存段称为一个 buffer 。术语上称为:分段连续

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头文件:<deque>

初始化:std::deque<类型> deq;

方法:

  • deq.size() 目前deque容器的大小
  • deq.max_size() deque容器的最大大小
  • deq.resize(N) 初始化N个元素到deque中
  • deq.at(N) 返回第N个元素
  • deq.frount() 返回首元素
  • deq.back() 返回末元素
  • deq.pop_frount() 移除首元素
  • deq.pop_back() 移除末元素
  • deque 没有提供自己的 sort

3.2.7 stack

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描述:stack是栈 - 先进后出。因为容器的特性,所以不提供 iterator 的操作

头文件:<stack>

初始化:std::stack<类型> s;

方法:

  • s.size() 返回栈的大小
  • s.top() 返回栈顶元素
  • s.push() 将元素推入栈中
  • s.pop() 将一个元素弹出栈

3.2.8 queue

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描述:queue 是队列先进先出。因为容器的特性,所以不提供 iterator 的操作

头文件:<queue>

初始化:std::queue<类型> q;

方法:

  • q.size() 返回队列的大小
  • q.push() 将元素推入栈中
  • q.front() 返回队手元素
  • q.back() 返回队尾元素
  • q.pop() 将一个元素弹出栈

3.2.9 multiset

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描述:小型的关联数据库,以**红黑树(高度平衡树)**形成的底层结构。允许出现重复元素

头文件:<multiset>

初始化:multiset<类型> mul_set;

方法:

  • mul_set.insert() 插入一个元素
  • mul_set.size() multiset 的大小
  • mul_set.max_size() multiset 能容纳的最多元素
  • mul_set.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

set 和 map 的区别:

set 容器的一个节点只能存储一个 value

map 可以的一个节点可以存储一个 key 和一个 value,并通过 key 来查找 value


3.2.10 multimap

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描述:底层是一个红黑树,第一个参数是key,第二个参数是value。multimap 不能使用 [] 做 insertion

头文件:<multimap>

初始化:multimap<key的类型,value的类型> mul_map;

方法:

  • mul_map.insert() 插入一个元素
  • mul_map.insert(std::pair<key的类型,value的类型>(key值,value值)) 插入一个元素
  • mul_map.size() multimap 的大小
  • mul_map.max_size() multimap 能容纳的最多元素
  • mul_map.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.11 unordered_multiset

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描述:是一个关联式容器,底层是一个哈希表

头文件:<unordered_multiset>

初始化:unordered_multiset<类型> unor_mul_set;

方法:

  • unor_mul_set.insert() 插入一个元素
  • unor_mul_set.size() multiset 的大小
  • unor_mul_set.max_size() multiset 能容纳的最多元素
  • unor_mul_set.bucker_count() 因为底层是哈希表,所以此方法取得的是当前哈希表中篮子的数量,并且篮子的数量一定比元素数量多
  • unor_mul_set.max_bucker_count() 因为底层是哈希表,所以此方法取得的是哈希表中篮子的最大数量
  • unor_mul_set.load_factor() 载重因子
  • unor_mul_set.max_load_factor() 最大载重因子(一定是1)
  • unor_mul_set.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.12 unordered_multimap

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描述:是一个关联式容器,底层是一个哈希表。multimap 不能使用 [] 做 insertion

头文件:<unordered_multimap>

初始化:unordered_multimap<key的类型,value的类型> unord_mul_map;

方法:

  • unord_mul_map.insert() 插入一个元素
  • unord_mul_map.insert(std::pair<key的类型,value的类型>(key值,value值)) 插入一个元素
  • unord_mul_map.size() multiset 的大小
  • unord_mul_map.max_size() multiset 能容纳的最多元素
  • unord_mul_map.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.13 set

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描述:小型的关联数据库,以**红黑树(高度平衡树)**形成的底层结构。不允许出现重复元素

头文件:<set>

初始化:set<类型> set;

方法:

  • set.insert() 插入一个元素
  • set.size() set 的大小
  • set.max_size() set 能容纳的最多元素
  • set.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.14 map

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描述:底层是一个红黑树,key 不能重复,value 可以重复

头文件:<map>

初始化:map<key的类型,value的类型> map;

方法:

  • map.insert() 插入一个元素
  • map.insert(std::pair<key的类型,value的类型>(key值,value值)) 插入一个元素
  • **map[key] = value 在 key 处插入一个 value ** 重点!!!!!
  • map.size() map 的大小
  • map.max_size() map 能容纳的最多元素
  • mul_map.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.16 unordered_set

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描述:底层是哈希表支撑的 set 容器

头文件:<unordered_set>

初始化:unordered_set<类型> unord_set;

方法:

  • unord_set.insert() 插入一个元素
  • unord_set.size() set 的大小
  • unord_set.max_size() set 能容纳的最多元素
  • unor_set.bucker_count() 因为底层是哈希表,所以此方法取得的是当前哈希表中篮子的数量,并且篮子的数量一定比元素数量多
  • unor_set.max_bucker_count() 因为底层是哈希表,所以此方法取得的是哈希表中篮子的最大数量
  • unor_set.load_factor() 载重因子
  • unor_set.max_load_factor() 最大载重因子(一定是1)
  • set.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.2.15 unordered_map

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描述:底层是哈希表支撑的 map 容器

头文件:<unordered_map>

初始化:unordered_map<key的类型,value的类型> unord_map;

方法:

  • unord_map.insert() 插入一个元素
  • unord_map.insert(std::pair<key的类型,value的类型>(key值,value值)) 插入一个元素
  • **unord_map[key] = value 在 key 处插入一个 value ** 重点!!!!!
  • unord_map.size() map 的大小
  • unord_map.max_size() map 能容纳的最多元素
  • unord_map.find() 查找一个元素,并返回一个迭代器

3.3 容器原码分析

3.3.1 array

3.3.2 vector

3.3.3 list

image-20201222095725501

image-20201222101632401

image-20201222103816861

image-20201222104710288

image-20201222104950584

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3.3.

3.3.

3.3.

3.3.

3.3.

3.3.

3.3.

3.3.

3.3.


四. 模板

4.1 类模板

image-20201221034734013

4.2 函数模板

image-20201221034747579

函数模板不需要使用 <> 告诉编译器使用的类型,因为有自动类型推导。但是类模板不行,如果不提供模板参数,编译器无法确定类型

4.3 成员模板

后续补充

image-20201221050407143

4.4 模板的泛化与特化

解释什么是泛化与特化:

​ 想象一下,在STL中是提供了模板,模板用于匹配参数类型。但是基础的数据类型中有 intfloatdoublechar 等类型,在模板自动匹配类型后如何对这些不同的类型进行操作和处理呢;其实在STL的内部已经把各种基础类型的功能或方法一一手动实现了(按各个类型最优的方式,时间或空间效率高),这些一一实现就称之为模板的特化

​ 泛化 - 顾名思义,就指的是一个总体的大的分类。

​ 特化 - 就是对这个总的大的分类进行一一具体的实现

​ 比如: 是一个总称,对于会捉老鼠,喵喵叫的我们都可以称之为。这是一个大体的分类,所以称之为**泛化;但是猫又分为橘猫、蓝猫、中华田园猫、俄罗斯无毛猫 等等,假如我现在要写文章介绍这各个品种的猫的特点和生活习性,那么,因为我们对这些猫各自的特点和生活习惯的描述具体到了某一品种,所以就称之为特化**


image-20201221050644237

关于特化和泛化写法的记忆:

  • 未特化的模板写法和平时一样
  • 对于特化的模板就像:把原本首行 template<typename T> 中的 T 拿出来了,放在了类名的后方(橘色方框的部分),以表示对具体类型进行特化。所以说,原本的 template<typename T><> 为空了,变成了 template<> (黄色方框部分)

以下是STL库中的几种泛化和特化的实现:

其中 __STL_TEMPLATE_NULL 是一个 #define,其实就是 template<>

image-20201221053125192

image-20201221053155758

4.5 局部特化(偏特化)

  • 对于拥有多个模板参数的类或者函数可以进行局部特化,即对某一个模板参数进行特化
  • 对于拥有一个模板参数的类或者函数可以进行局部特化,即对模板参数的 <T*> (指针类型) 或者 <const T*> (const指针) 进行特化

image-20201221053827841

五. 分配器 - allocator

5.1 基本说明

分配器支持了容器对内存的使用

所有内存的分配动作,最后都会涉及到 malloc 操作。然后 malloc 根据不同的操作系统来申请内存


image-20201219185923398

image-20201220204737370

5.2 基本使用

头文件 <memory> 里包含了 allocator

但是如果使用 std::allocator 以外的 allocator,需要自行 #include <ext\...>

注意:其他的分配器是在 __gnu_cxx:: 下的

比如:

#include <ext\array_allocator.h>
#include <ext\mt_allocator.h>
#include <ext\debug_allocator.h>
#include <ext\pool_allocator.h>		// 内存池
#include <ext\bitmap_allocator.h>
#include <ext\malloc_allocator.h>
#include <ext\new_allocator.h>

void test_list_with_special_allocator()
{
	list<std::string, allocator<std::string> > c1;
    list<std::string, __gnu_cxx::malloc_allocator<std::string> > c2;
    list<std::string, __gnu_cxx::new_allocator<std::string> > c3;
    list<std::string, __gnu_cxx::__pool_allocator<std::string> > c4;
    list<std::string, __gnu_cxx::__mt_allocator<std::string> > c5;
    list<std::string, __gnu_cxx::bitmap_allocator<std::string> > c6;
}

image-20201220204913799

使用分配器分配并归还内存

int* p;		// 注意:p 是一个 int 类型的**指针**

allocator<int> alloc1;
p = alloc1.allocator(1);	// 1 代表申请一份内存
alloc1.deallocator(p, 1);	// 1 代表归还一份内存, p 代表归还的对象是谁。
							// 可以通过 new 和 delete 来理解

__gnu_cxx::malloc_allocator<int> alloc2;
p = alloc2.allocator(1);
alloc2.deallocate(p, 1);

__gnu_cxx::new_allocator<int> alloc3;
p = alloc3.allocator(1);
alloc3.allocator(p, 1);

__gnu_cxx::__pool_allocator<int> alloc4;
p = alloc4.allocator(1);
alloc4.allocator(p, 1);

__gnu_cxx::__mt_allocator<int> alloc5;
p = alloc5.allocator(1);
alloc5.allocator(p, 1);

__gnu_cxx::bitmap_allocator<int> alloc6;
p = alloc6.allocator(1);
alloc6.allocator(p, 1);

5.3 解析

image-20201221081026072

5.3.1 VC6 STL 对 allocator 的使用

image-20201221140244647

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5.3.2 BC5 STL 对 allocator 的使用

image-20201221140519806

5.3.3 G2.9 对 allocator 的使用

一下虽然实现了 allocator,但是没有包含在任何容器中。也不建议使用

image-20201221140707011


以下是 G2.9 STL 中使用内存池对分配器(allocator)的实现,推荐使用。因为能节省大量在申请内存时不必要浪费的空间

在 G2.9 STL 中称之为 alloc

image-20201221141106421

image-20201221141139759

image-20201221142010844

image-20201221142043934

5.3.4 sizeof(迭代器)

image-20201221142238414

六. 萃取机 - trait

image-20201226201348707

  • iterator_category iterator 的类型
  • difference_type 两个 iterator 之间的距离
  • value_type iterator (迭代器)指向的那个东西的类型
  • 剩余的两种 referencepointer 未在标准库中使用过

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指针是一种退化的Iterator,Iterator 是一种泛化的指针

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image-20201227190031977

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标准库算法

头文件:<algorithm>

功能:

复杂度:

定义:

描述:

返回值:

查找

find

头文件:<algorithm>

功能:查找元素,循序查找法

复杂度:

定义:find(起始迭代器, 结束迭代器, 谓词)

描述:对容器内的元素进行线性查找

返回值:指向该元素的迭代器

bsearch

头文件:<algorithm>

功能:二分查找(C标准库)

复杂度:

定义:bseach(谓词,容器起始地址,容器大小,单位元素大小);

描述:对容器内的元素进行二分查找,但是注意,只能对有序容器进行查找,所以说使用前要对容器进行排序

返回值:指向该元素的迭代器

排序

sort

头文件:<algorithm>

功能:对容器进行排序

复杂度:O(N·log(N))

定义:sort(起始迭代器, 结束迭代器)

描述:默认进行升序排序

返回值:

其他函数

程序终止

  1. std::_Exit 导致正常程序终止,仅此而已。
  2. std::quick_exit 导致正常程序终止并调用 std::at_quick_exit 处理程序,不执行其他任何清除操作。
  3. std::exit 导致正常程序终止,然后调用 std::atexit 处理程序。执行其他类型的清除,例如调用静态对象析构函数。
  4. std::abort 导致程序异常终止,不执行任何清理。如果程序以非常非常意外的方式终止,则应调用此方法。它只会通知操作系统有关异常终止的任何信息。在这种情况下,某些系统会执行核心转储。
  5. std::terminate 调用 std::terminate_handler ,默认情况下调用 std::abort

std::abort

定义于头文件 <cstdlib> - void abort();

导致不正常程序终止,除非传递给 std::signal 的信号处理函数正在捕捉 SIGABRT ,且该处理函数不返回。

不调用拥有自动、线程局域 (C++11 起)和静态存储期的对象的析构函数。亦不调用以 std::atexit()std::at_quick_exit (C++11 起) 注册的函数。是否关闭打开的资源,例如文件是实现定义的。返回给宿主环境指示不成功执行的实现定义状态。

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