C++ STL源码剖析 tr1与std array

0.导语

源码剖析版本为gcc4.9.1。

C++ tr1全称Technical Report 1,是针对C++标准库的第一次扩展。即将到来的下一个版本的C++标准c++0x会包括它,以及一些语言本身的扩充。tr1包括大家期待已久的smart pointer,正则表达式以及其他一些支持范型编程的内容。草案阶段,新增的类和模板的名字空间是std::tr1。

1.std::tr1::array

使用:

#include <tr1/array>
std::tr1::array<int ,10> a;

tr1中的array比较简单,模拟语言本身的数组,并且让其支持迭代器操作,使其同其他容器一样,能够调用算法。对于tr1中array没有构造与析构。迭代器是直接使用传递进来的类型定义指针。

简单的看一下这个静态数组array源码:

template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
struct array
{
    typedef _Tp                           value_type;
    typedef value_type&                           reference;
    typedef const value_type&                     const_reference;
    typedef value_type*                       iterator;
    typedef const value_type*                 const_iterator;
    typedef std::size_t                           size_type;
    typedef std::ptrdiff_t                         difference_type;
    typedef std::reverse_iterator<iterator>       reverse_iterator;
    typedef std::reverse_iterator<const_iterator>   const_reverse_iterator;
}

里面使用reverse_iterator作为rbegin与rend操作的迭代器。 看上去上面一个迭代器,实际上两个,还有一个iterator,这个直接使用传递进来的类型定义指针,作为迭代器。

可以将其对比为vector中的正向与反向迭代器。

值得注意的是,在tr1::array中,支持传递数组大小为0,例如我们使用如下:

std::tr1::array<int,0> a;

对于这样的写法,会对应到下面:

// Support for zero-sized arrays mandatory.
value_type _M_instance[_Nm ? _Nm : 1];

根据传递进来的大小,如果不为0,就是传递进来的大小,否则为1。

2.std::array

使用

std::array<int ,10> a;

std中的array包含了

std_array.png

对比tr1与std的array

template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
struct array
{
    typedef _Tp                           value_type;
    typedef value_type*               pointer;
    typedef const value_type*                       const_pointer;
    typedef value_type&                           reference;
    typedef const value_type&                     const_reference;
    typedef value_type*                       iterator;
    typedef const value_type*                 const_iterator;
    typedef std::size_t                           size_type;
    typedef std::ptrdiff_t                            difference_type;
    typedef std::reverse_iterator<iterator>       reverse_iterator;
    typedef std::reverse_iterator<const_iterator>   const_reverse_iterator;

    // Support for zero-sized arrays mandatory.
    typedef _GLIBCXX_STD_C::__array_traits<_Tp, _Nm> _AT_Type;    // # define _GLIBCXX_STD_C std
    typename _AT_Type::_Type                         _M_elems;
}

发现array里面有两处值得注意的地方:

// Support for zero-sized arrays mandatory.
typedef _GLIBCXX_STD_C::__array_traits<_Tp, _Nm> _AT_Type;    // # define _GLIBCXX_STD_C std
typename _AT_Type::_Type                         _M_elems;

在源码中去找__array_traits,看到:

template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
struct __array_traits
{
    typedef _Tp _Type[_Nm];

    static constexpr _Tp&
    _S_ref(const _Type& __t, std::size_t __n) noexcept
    { return const_cast<_Tp&>(__t[__n]); }
};

上面两行的代码可以理解为下面:

typedef _Tp _Type[100];
typedef _Type _M_elems;  // 一个含有100个元素的数组。

在实际写代码的时候,如果要定义一个数组,我们可以这样写:

int a[100];
//或者
typedef int T[100];
typedef T a;

针对传进来的size处理,相比于tr1,更加复杂,使用了模板偏特化来处理传递size为0情况。

template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
struct __array_traits
{
    typedef _Tp _Type[_Nm];

    static constexpr _Tp&
    _S_ref(const _Type& __t, std::size_t __n) noexcept
    { return const_cast<_Tp&>(__t[__n]); }
};

template<typename _Tp>
struct __array_traits<_Tp, 0>
{
    struct _Type { };

    static constexpr _Tp&
    _S_ref(const _Type&, std::size_t) noexcept
    { return *static_cast<_Tp*>(nullptr); }
};