STL源码剖析——全局函数construct(),destroy(),uninitialized_copy(),uninitialized_fill(),uninitialized_fill_n()

蔚落 2022-08-12 01:17 143阅读 0赞

## 前言 ##

在STL中，内存处理时很关键的，特别是对于容器的实现，内存处理相当的重要。为了实现内存配置跟对象的构造行为分离开来，STL定义的五个基本全局函数，这五个全局函数中，贯穿在里面的基本上是Traits和\_\_type\_traits技术，之前看的时候不了解这两技术，因此，现在了解之后才来写这篇文章。有关Traits技术见前文[《][Link 1][Traits][Link 1][编程技术》][Link 1]。

STL五个全局函数分别是：construct(),destroy(),uninitialized\_copy(),uninitialized\_fill(),uninitialized\_fill\_n();以下分别对这些函数进行讲解。

## 构造和析构基本工具：construct()和destroy() ##

在STL源码<stl\_construct.h>中,内存的配置和对象的构造与析构是分离开的，这两个函数实现对象的构造和析构，不进行分配内存空间，construct()函数在已分配内存上构造对象，具体实现看下面的源码及其解析：

#ifndef __SGI_STL_INTERNAL_CONSTRUCT_H
    #define __SGI_STL_INTERNAL_CONSTRUCT_H
    
    #include <new.h>
    
    __STL_BEGIN_NAMESPACE
    
    // construct and destroy.  These functions are not part of the C++ standard,
    // and are provided for backward compatibility with the HP STL.  We also
    // provide internal names _Construct and _Destroy that can be used within
    // the library, so that standard-conforming pieces don't have to rely on
    // non-standard extensions.
    
    // Internal names
    
    template <class _T1, class _T2>
    //参数接受一个指针和一个初值
    inline void _Construct(_T1* __p, const _T2& __value) {
      new ((void*) __p) _T1(__value);/*这里是placement new;调用构造函数T1::T1(value)
    								 *将初值设定到指针所指的空间上
    								 */
    }
    
    template <class _T1>
    //这里只接受指针
    inline void _Construct(_T1* __p) {
      new ((void*) __p) _T1();//这里是placement new;调用默认构造函数T1::T1()
    }
    
    template <class _Tp>
    inline void _Destroy(_Tp* __pointer) {//第一个版本：接受一个指针
      __pointer->~_Tp();//调用对象析构函数，析构指针所指对象
    }
    
    
    template <class _ForwardIterator>
    /*第二个版本：接受两个迭代器first和last，自迭代器first开始到迭代器last结束，析构每个元素对象
    *为求最大效率，首先以__VALUE_TYPE()萃取出迭代器first的value_type
    *再利用__type_traits判断该型别是否trivial destructor*/
    inline void _Destroy(_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last) {
      __destroy(__first, __last, __VALUE_TYPE(__first));
    }
    
    template <class _ForwardIterator, class _Tp>
    inline void 
    __destroy(_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last, _Tp*)
    {//利用__type_traits判断元素的数值型别是否有trivial destructor
      typedef typename __type_traits<_Tp>::has_trivial_destructor
              _Trivial_destructor;
      __destroy_aux(__first, __last, _Trivial_destructor());
    }
    
    template <class _ForwardIterator> 
    /*若元素型别是有trivial destructor，就派送到该函数
    */
    inline void __destroy_aux(_ForwardIterator, _ForwardIterator, __true_type) {}
    
    template <class _ForwardIterator>
    void
    __destroy_aux(_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last, __false_type)
    {//若元素型别不具有trivial destructor，就派送到该函数
      for ( ; __first != __last; ++__first)
        destroy(&*__first);//这里最终还是调用了指针版的析构函数,析构每个元素对象
    }
    
    //以下是第二版析构函数针对内置类型的特化版
    inline void _Destroy(char*, char*) {}
    inline void _Destroy(int*, int*) {}
    inline void _Destroy(long*, long*) {}
    inline void _Destroy(float*, float*) {}
    inline void _Destroy(double*, double*) {}
    #ifdef __STL_HAS_WCHAR_T
    inline void _Destroy(wchar_t*, wchar_t*) {}
    #endif /* __STL_HAS_WCHAR_T */
    
    // --------------------------------------------------
    // Old names from the HP STL.
    
    template <class _T1, class _T2>
    inline void construct(_T1* __p, const _T2& __value) {
      _Construct(__p, __value);
    }
    
    template <class _T1>
    inline void construct(_T1* __p) {
      _Construct(__p);
    }
    
    template <class _Tp>//参数为指针版的析构函数
    inline void destroy(_Tp* __pointer) {
      _Destroy(__pointer);
    }
    
    template <class _ForwardIterator>//参数为迭代器版的析构函数
    inline void destroy(_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last) {
      _Destroy(__first, __last);
    }
    
    __STL_END_NAMESPACE
    
    #endif /* __SGI_STL_INTERNAL_CONSTRUCT_H */
    
    // Local Variables:
    // mode:C++
    // End:

## 未初始化空间的复制和初始化：uninitialized\_copy(),uninitialized\_fill()和uninitialized\_fill\_n() ##

在未初始化空间中，要对对象进行初始化时，会用到这些函数，该源码在文件<stl\_uninitialized.h>中，具体实现看下面源码及其解析：

#ifndef __SGI_STL_INTERNAL_UNINITIALIZED_H
    #define __SGI_STL_INTERNAL_UNINITIALIZED_H
    
    __STL_BEGIN_NAMESPACE
    
    // uninitialized_copy
    
    // Valid if copy construction is equivalent to assignment, and if the
    //  destructor is trivial.
    template <class _InputIter, class _ForwardIter>
    /*该函数接受三个迭代器参数：迭代器first是输入的起始地址，
    *迭代器last是输入的结束地址，迭代器result是输出的起始地址
    *即把数据复制到[result,result+(last-first)]这个范围
    *为了提高效率，首先用__VALUE_TYPE()萃取出迭代器result的型别value_type
    *再利用__type_traits判断该型别是否为POD型别
    */
    inline _ForwardIter
      uninitialized_copy(_InputIter __first, _InputIter __last,
                         _ForwardIter __result)
    {
      return __uninitialized_copy(__first, __last, __result,
                                  __VALUE_TYPE(__result));
    }
    
    template <class _InputIter, class _ForwardIter, class _Tp>
    inline _ForwardIter
    /*利用__type_traits判断该型别是否为POD型别*/
    __uninitialized_copy(_InputIter __first, _InputIter __last,
                         _ForwardIter __result, _Tp*)
    {
      typedef typename __type_traits<_Tp>::is_POD_type _Is_POD;
      return __uninitialized_copy_aux(__first, __last, __result, _Is_POD());
    }
    
    template <class _InputIter, class _ForwardIter>
    _ForwardIter //若不是POD型别，就派送到这里
    __uninitialized_copy_aux(_InputIter __first, _InputIter __last,
                             _ForwardIter __result,
                             __false_type)
    {
      _ForwardIter __cur = __result;
      __STL_TRY {//这里加入了异常处理机制
        for ( ; __first != __last; ++__first, ++__cur)
          _Construct(&*__cur, *__first);//构造对象，必须是一个一个元素的构造，不能批量
        return __cur;
      }
      __STL_UNWIND(_Destroy(__result, __cur));//析构对象
    }
    
    template <class _InputIter, class _ForwardIter>
    inline _ForwardIter //若是POD型别，就派送到这里
    __uninitialized_copy_aux(_InputIter __first, _InputIter __last,
                             _ForwardIter __result,
                             __true_type)
    {
    	/*调用STL的算法copy()
    	*函数原型：template< class InputIt, class OutputIt >
    	* OutputIt copy( InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first );
    	*/
    	return copy(__first, __last, __result);
    }
    //下面是针对char*，wchar_t* 的uninitialized_copy()特化版本
    inline char* uninitialized_copy(const char* __first, const char* __last,
                                    char* __result) {
    /* void* memmove( void* dest, const void* src, std::size_t count );
    * dest指向输出的起始地址
    * src指向输入的其实地址
    * count要复制的字节数
    */
      memmove(__result, __first, __last - __first);
      return __result + (__last - __first);
    }
    
    inline wchar_t* 
    uninitialized_copy(const wchar_t* __first, const wchar_t* __last,
                       wchar_t* __result)
    {
      memmove(__result, __first, sizeof(wchar_t) * (__last - __first));
      return __result + (__last - __first);
    }
    
    
    // Valid if copy construction is equivalent to assignment, and if the
    // destructor is trivial.
    template <class _ForwardIter, class _Tp>
    /*若是POD型别，则调用此函数
    	*/
    inline void
    __uninitialized_fill_aux(_ForwardIter __first, _ForwardIter __last, 
                             const _Tp& __x, __true_type)
    {
    /*函数原型：template< class ForwardIt, class T >
      * void fill( ForwardIt first, ForwardIt last, const T& value );  
      */
    	fill(__first, __last, __x);
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Tp>
    /*若不是POD型别，则调用此函数
    	*/
    void
    __uninitialized_fill_aux(_ForwardIter __first, _ForwardIter __last, 
                             const _Tp& __x, __false_type)
    {
      _ForwardIter __cur = __first;
      __STL_TRY {
        for ( ; __cur != __last; ++__cur)
          _Construct(&*__cur, __x);
      }
      __STL_UNWIND(_Destroy(__first, __cur));
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Tp, class _Tp1>
    //用__type_traits技术判断该型别是否
    为POD型别
    inline void __uninitialized_fill(_ForwardIter __first, 
                                     _ForwardIter __last, const _Tp& __x, _Tp1*)
    {
      typedef typename __type_traits<_Tp1>::is_POD_type _Is_POD;
      __uninitialized_fill_aux(__first, __last, __x, _Is_POD());
                       
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Tp>
    /*该函数接受三个参数：
    *迭代器first指向欲初始化的空间起始地址
    *迭代器last指向欲初始化的空间结束地址
    *x表示初值
    *首先利用__VALUE_TYPE()萃取出迭代器first的型别value_type
    *然后用__type_traits技术判断该型别是否为POD型别
    */
    inline void uninitialized_fill(_ForwardIter __first,
                                   _ForwardIter __last, 
                                   const _Tp& __x)
    {
      __uninitialized_fill(__first, __last, __x, __VALUE_TYPE(__first));
    }
    
    // Valid if copy construction is equivalent to assignment, and if the
    //  destructor is trivial.
    template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
    inline _ForwardIter
    	/*若是POD型别，则调用此函数
    	*/
    __uninitialized_fill_n_aux(_ForwardIter __first, _Size __n,
                               const _Tp& __x, __true_type)
    {
      /*调用STL算法
      *原型：template< class OutputIt, class Size, class T >
      * void fill_n( OutputIt first, Size count, const T& value );
      * template< class OutputIt, class Size, class T >
      * OutputIt fill_n( OutputIt first, Size count, const T& value );
      */
    	return fill_n(__first, __n, __x);
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
    _ForwardIter
    	/*若不是POD型别，则调用此函数
    	*/
    __uninitialized_fill_n_aux(_ForwardIter __first, _Size __n,
                               const _Tp& __x, __false_type)
    {
      _ForwardIter __cur = __first;
      __STL_TRY {
        for ( ; __n > 0; --__n, ++__cur)
          _Construct(&*__cur, __x);
        return __cur;
      }
      __STL_UNWIND(_Destroy(__first, __cur));
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp, class _Tp1>
    inline _ForwardIter 
    	//用__type_traits技术判断该型别是否为POD型别
    __uninitialized_fill_n(_ForwardIter __first, _Size __n, const _Tp& __x, _Tp1*)
    {
      typedef typename __type_traits<_Tp1>::is_POD_type _Is_POD;
      //_Is_POD()判断value_type是否为POD型别
      return __uninitialized_fill_n_aux(__first, __n, __x, _Is_POD());
    }
    
    template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
    inline _ForwardIter 
    /*该函数接受三个参数：
    *迭代器first指向欲初始化的空间起始地址
    *n表示欲初始化空间大小
    *x表示初值
    *首先利用__VALUE_TYPE()萃取出迭代器first的型别value_type
    *然后用__type_traits技术判断该型别是否为POD型别
    */
    uninitialized_fill_n(_ForwardIter __first, _Size __n, const _Tp& __x)
    {
      //__VALUE_TYPE(__first)萃取出first的型别value_type
    	return __uninitialized_fill_n(__first, __n, __x, __VALUE_TYPE(__first));
    }
    
    
    
    __STL_END_NAMESPACE
    
    #endif /* __SGI_STL_INTERNAL_UNINITIALIZED_H */
    
    // Local Variables:
    // mode:C++
    // End:

## 总结 ##

在这个五个全局函数中，我们可以看到，基本上是Traits和\_\_type\_traits技术的作用，方便内存处理，并且提高效率。

[Link 1]: http://blog.csdn.net/chenhanzhun/article/details/39230529