swap函数_C++ vector成员函数实现[持续更新]

此篇是配合cppreference-zh-20200816.chm学习

<vector>, <stl_vector.h>和<vector.tcc>源码的笔记

环境准备

下载MinGW
MinGWlibgccmingw326.3.0文件夹下面有静态链接库和头文件
在MinGWlibgccmingw326.3.0includec++中的目录结构如下：

gnu对C++ standard library的扩展的头文件路径 profile, parallel, mingw32, ext
C++ std lib 内部用头文件路径 backward, bits(stl_vector.h, vector.tss)
C++ std lib 外部用头文件路径 experimental (在cppreference中可以看到该部分TS划分出来了一整个模块，其中实例都是需要包含该文件夹), 以及根目录下<vector>等是默认引用的路径的头文件

根目录下<vector>包含如下内容。下面笔记中包含代码行号，因此最好用vscode等编辑器打开，方便快速定位

/** @file include/vector*  This is a Standard C++ Library header.*/#ifndef _GLIBCXX_VECTOR
#define _GLIBCXX_VECTOR 1#pragma GCC system_header#include <bits/stl_algobase.h>
#include <bits/allocator.h>
#include <bits/stl_construct.h>
#include <bits/stl_uninitialized.h>
#include <bits/stl_vector.h>
#include <bits/stl_bvector.h>
#include <bits/range_access.h>#ifndef _GLIBCXX_EXPORT_TEMPLATE
# include <bits/vector.tcc>
#endif#ifdef _GLIBCXX_DEBUG
# include <debug/vector>
#endif#ifdef _GLIBCXX_PROFILE
# include <profile/vector>
#endif#endif /* _GLIBCXX_VECTOR */

从其中的bits/stl_vector.h(成员函数声明), bits/vector.tcc入手

库文件读起来和普通程序相比有些吃力，所以下面有意识适应以下两个细节

内部变量用__作为前缀
有很多用于条件编译的宏，多与平台移植性，版本兼容性有关，暂时不深究其细节

stl_vector.h中对关键变量的声明

在名称空间

namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)

中，有两个结构体，首先是

  template<typename _Tp, typename _Alloc>struct _Vector_base

定义体的开始，74-77行声明两个类型别名

      typedef typename __gnu_cxx::__alloc_traits<_Alloc>::templaterebind<_Tp>::other _Tp_alloc_type;typedef typename __gnu_cxx::__alloc_traits<_Tp_alloc_type>::pointerpointer;

其中__alloc_traits和_Alloc = std::allocator<_Tp>涉及内存管理，为了控制内容不至于太琐碎，新开了篇

No.9：C++ vector成员函数实现-alloc相关zhuanlan.zhihu.com

深挖下关于内存部分的细节。

继续，其中164行有个十分重要的成员，

_Vector_impl _M_impl;

定义在79-107行，三个指针成员变量十分重要，分别指向首个成员，尾个成员，以及分配最后一块内存

struct _Vector_impl : public _Tp_alloc_type{pointer _M_start;pointer _M_finish;pointer _M_end_of_storage;_Vector_impl(): _Tp_alloc_type(), _M_start(), _M_finish(), _M_end_of_storage(){ }_Vector_impl(_Tp_alloc_type const& __a) _GLIBCXX_NOEXCEPT: _Tp_alloc_type(__a), _M_start(), _M_finish(), _M_end_of_storage(){ }#if __cplusplus >= 201103L_Vector_impl(_Tp_alloc_type&& __a) noexcept: _Tp_alloc_type(std::move(__a)),_M_start(), _M_finish(), _M_end_of_storage(){ }
#endifvoid _M_swap_data(_Vector_impl& __x) _GLIBCXX_NOEXCEPT{std::swap(_M_start, __x._M_start);std::swap(_M_finish, __x._M_finish);std::swap(_M_end_of_storage, __x._M_end_of_storage);}};

189行~1494行为继承自它的vector

  template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>

其中_Alloc默认提供了std::allocator<_Tp>，下面用到会对此分析

vector.tss中对vector成员函数的实现

reserve

template<typename _Tp, typename _Alloc>voidvector<_Tp, _Alloc>::reserve(size_type __n){if (__n > this->max_size())__throw_length_error(__N("vector::reserve"));if (this->capacity() < __n) // 当前容量比需要分配的小{const size_type __old_size = size();// 记录当前数据部分长度pointer __tmp = _M_allocate_and_copy(__n,_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(this->_M_impl._M_start),_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(this->_M_impl._M_finish));std::_Destroy(this->_M_impl._M_start, this->_M_impl._M_finish,_M_get_Tp_allocator());_M_deallocate(this->_M_impl._M_start,this->_M_impl._M_end_of_storage- this->_M_impl._M_start);this->_M_impl._M_start = __tmp;this->_M_impl._M_finish = __tmp + __old_size;this->_M_impl._M_end_of_storage = this->_M_impl._M_start + __n;}}

有三个函数比较困惑，但是可以很容易推测其含义：

如下函数是新分配__n大小容量内存，并将原有数据拷过来，返回新的首地址

pointer __tmp = _M_allocate_and_copy(__n,_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(this->_M_impl._M_start),_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(this->_M_impl._M_finish));

下面函数用于销毁原有的分配器，并释放原有内存，这似乎暗示了vector不止分配了用于存储数据存储的内存，即CppReference中vector章节的

vector 通常占用多于静态数组的空间，因为要分配更多内存以管理将来的增长。

std::_Destroy(this->_M_impl._M_start, this->_M_impl._M_finish,_M_get_Tp_allocator());_M_deallocate(this->_M_impl._M_start,this->_M_impl._M_end_of_storage- this->_M_impl._M_start);

研究下其具体实现，在<stl_vector>中

/***  Memory expansion handler.  Uses the member allocation function to*  obtain @a n bytes of memory, and then copies [first,last) into it.*/template<typename _ForwardIterator>pointer_M_allocate_and_copy(size_type __n,_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last){pointer __result = this->_M_allocate(__n);__try{std::__uninitialized_copy_a(__first, __last, __result,_M_get_Tp_allocator());return __result;}__catch(...){_M_deallocate(__result, __n);__throw_exception_again;}}

进一步，在基类166-171行中如下函数实现，用于分配并返回最后一块内存指针

      pointer_M_allocate(size_t __n){typedef __gnu_cxx::__alloc_traits<_Tp_alloc_type> _Tr;return __n != 0 ? _Tr::allocate(_M_impl, __n) : pointer();}

于是就到了__alloc_traits<Tp_alloc_type>::allocate()函数，传入两个参数分别是：继承自_Tp_alloc_type得到的结构体，预期容量大小。

其实读到这，就可以进一步把 _Vector_base的如下两个成员函数(173-188)也一并看下，因为除了此三个，剩下的都是用他们仨实现的构造或析构函数。

      void_M_deallocate(pointer __p, size_t __n){typedef __gnu_cxx::__alloc_traits<_Tp_alloc_type> _Tr;if (__p)_Tr::deallocate(_M_impl, __p, __n);}private:void_M_create_storage(size_t __n){this->_M_impl._M_start = this->_M_allocate(__n);this->_M_impl._M_finish = this->_M_impl._M_start;this->_M_impl._M_end_of_storage = this->_M_impl._M_start + __n;}

重点在__gnu_cxx::__alloc_traits<_Tp_alloc_type>::deallocate(_M_impl, __p, __n)

这个与上面分配的函数，一并在另一篇辅助理解的笔记中深挖。

关于_M_get_Tp_allocator如下，实际是获取M_impl地址并强制转换成其父类

      _Tp_alloc_type&_M_get_Tp_allocator() _GLIBCXX_NOEXCEPT{ return *static_cast<_Tp_alloc_type*>(&this->_M_impl); }const _Tp_alloc_type&_M_get_Tp_allocator() const _GLIBCXX_NOEXCEPT{ return *static_cast<const _Tp_alloc_type*>(&this->_M_impl); }allocator_typeget_allocator() const _GLIBCXX_NOEXCEPT{ return allocator_type(_M_get_Tp_allocator()); }

reserve函数实现就是这样，其他的后面再补充

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