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闲谈STL容器之size()成员函数

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         使用C++进行开发,一部分人可能喜欢使用STL,即C++标准模板库。对容器使用可能最多,算法相对比较少。我在开发中基本上也就是使用容器:vector, list, deque, map, hashtable, hash_map。
         在实际情况不是特别要求自己需要实现特殊的数据结构的时候,一般采用STL容器,是又快又好又安全的做法。
         孙子兵法曰:“知己知彼,百战不殆”。
         我们一般人写程序,不可避免要使用别人开发的库来搭积木。其实也讲究这个“知己知彼”:
         知己----对自己程序要实现的业务逻辑分析清楚,时间上、空间上的复杂度等;
         知彼----对我们所使用的库也要有一定的了解,了解的越清楚越好;当然我们可能不会去完全了解各个库,这要看个人的修养方向了。
         回到STL容器来说,一般容器都有size()成员函数的实现,我们很明白它返回的是容器里元素的个数,一般可能都认为这个size()应该及其简单,时间复杂度应该是O(1)。实际情况是不是这样呢,我们简单分析下vector, list, deque(我下载的是SGI源代码)。
      先看vector:
以下是代码片段:
    class vector {
         public:
                  size_type size() const
                   { return size_type(end() - begin()); }
                  
                  iterator begin() { return _M_start; }

                  iterator end() { return _M_finish; }
                  
         protected:
              _Tp* _M_start;
              _Tp* _M_finish;
              _Tp* _M_end_of_storage;
      };

      可见,vector的size()实现在时间复杂度上确实是常量级的,很简单很快,就如我们想像中一样。注意它没有一个_size。

      再看list:
以下是代码片段:
      class list{
         public:
            size_type size() const {
                size_type __result = 0;
                distance(begin(), end(), __result);
                return __result;
              }
      };

      注意了,尽然不是我们想象的。既不同于vector实现,也没有一个_size, 而是调用的一个全局函数:
      头文件stl_iterator_base.h:
以下是代码片段:
      template <class _InputIterator, class _Distance>
      inline void distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Distance& __n)
      {
           __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator);
           __distance(__first, __last, __n, iterator_category(__first));
      }

      template <class _InputIterator, class _Distance>
      inline void __distance(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Distance& __n, input_iterator_tag)
      {
           while (__first != __last) { ++__first; ++__n; }
      }

      大家看到了吧,它竟然使用迭代器遍历了整个链表,那么size()在时间复杂度上就不再是我们想象中的常量级,而是O(n)。为什么这样呢,这要对iterator和traits有所了解,才明白这么做的必要性。
      所以,如果你的list里数据很多,而你每次操作前还要调用size()来看看是否超过你的最大数目,那执行速度比你想象中要慢很多。所以处理这种情况,如果你必须每次要看看它的元素数目,把list包装一下,自己维护一个_size算了,也浪费不了多少内存,4字节嘛。

     最后看看deque:       
以下是代码片段:
       class deque {
          public:
               size_type size() const { return _M_finish - _M_start; }
         protected:
              iterator _M_start;
              iterator _M_finish;
      };

      不错,看起来和vector一样,其实不然。
      别忘了c++语法有一个重要概念:运算符重载。
以下是代码片段:
      struct _Deque_iterator {
            typedef _Deque_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*>             iterator;
            typedef ptrdiff_t difference_type;
            typedef _Deque_iterator _Self;

            difference_type operator-(const _Self& __x) const {
                return difference_type(_S_buffer_size()) * (_M_node - __x._M_node - 1) +
                     (_M_cur - _M_first) + (__x._M_last - __x._M_cur);
             }
       };

      为什么这么复杂了?这要怪deque采用map作为主控,使用分段连续线性空间的设计。怎么说都比list那个实现快。
       可以说STL的代码风格是让人难受的,当我们无聊而心情又好的时候,读读侯捷的《STL源码剖析》吧,分析对比一下,也有一些乐趣。

建议继续学习:

  1. 关于使用STL的红黑树map还是hashmap的问题    (阅读:7922)
  2. 萃取(traits)编程技术的介绍和应用    (阅读:5008)
  3. 一个简单的stl中string的split函数    (阅读:3259)
  4. STL笔记之二叉查找树    (阅读:3029)
  5. 小趣闻:STL的三个版本    (阅读:2868)
  6. STL笔记之hashtable    (阅读:2603)
  7. 倒置字符串中的单词    (阅读:2462)
  8. STL可能的误用-find_first_of和erase    (阅读:2028)
  9. 不得不留意的STL string重载函数和隐式类型转换    (阅读:1383)
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