空間配置器，迭代器，容器，介面卡
一、空間配置器
下面先總體介紹一下空間配置器。空間配置器的作用是在底層為上層的各種容器提供儲存空間，需要多少分配多少，一般分配的比你需要的更多。打個不恰當的比喻，空間配置器和容器之間的關係，相當於將軍和糧草的關係。當然了，容器相當於將軍，它在陣前殺敵，衝鋒陷陣，處理各種事情；而空間配置器就相當於糧草，給前陣提供源源不斷的供給；如果一個將軍想打勝仗，那必須後方糧草充足才行。
空間配置器有兩種，一種是一級空間配置器，另一種是二級空間配置器。這兩種空間配置器的分水嶺在於使用者申請的記憶體空間大小，如果申請的位元組數大於128bytes，那麼使用一級空間配置器；反之則使用二級空間配置器。下面分別來介紹一下這兩種空間配置器。注：空間配置器的原始碼在 <Stl_alloc.h> 這個標頭檔案中.
1.一級空間配置器
一級空間配置器__malloc_alloc_template，使用情況是在需要分配的位元組數超過128bytes時，它有兩個關鍵的函式，一個是allocate()函式，另一個是deacllocate()函式。
(1)allocate()函式
這個函式的功能是申請記憶體空間，由於需要的記憶體空間較大(大於128bytes)，所以在這個函式裡面呼叫的malloc()函式直接分配記憶體空間。這樣會存在一個問題，就是如果記憶體空間不夠的話怎麼辦？我們能想到的問題，STL的設計者早就想到了，這個時候對呼叫_S_oom_malloc()這個函式，這個函式中會有一個死迴圈，這個死迴圈的作用就是不斷的進行malloc，只有malloc我需要的記憶體空間了我才會結束這個迴圈。
(2)deallocate()函式
這個函式的功能是釋放記憶體空間，既然在allocate()內使用malloc()申請記憶體，那再這裡當仁不讓的應該用free()來釋放記憶體空間，malloc()和free()就是我們生活中的好基友，成雙成對出現，不然會發生記憶體洩露。
(3)reallocate()
我們申請的記憶體的時候當然也可以使用reallocate()這個函式，原理和上面類似，底層則呼叫的是realloc()這個函式。
2.二級空間配置器
二級空間配置器__default_alloc_template，之所以會出現二級空間配置器，原因在於要解決小塊記憶體頻繁申請和釋放所帶來的開銷問題，以及小塊記憶體分配造成的記憶體碎片問題。
對於記憶體頻繁分配和回收帶來的問題解決的方法是使用記憶體池（memory pool）。預先分配好一大塊記憶體，當需要的時候直接進行分配，這樣比臨時分配產生的開銷小很多。而對於小塊記憶體分配造成的記憶體碎片問題，解決方式是將預先分配的一大塊記憶體按一定的方式組織起來，便於應付各種大小的小塊記憶體分配，這裡是使用了一個有16個元素的free-list陣列。
(1)空間配置函式allocate()
在二級空間配置器的空間配置函式中，會首先判斷當前申請的位元組數是否超過128bytes，如果超過了則呼叫一級空間配置器的空間配置函式。如果沒有超過，則根據要申請的位元組數按8位元組對齊為它分配記憶體，比如說，如果需要申請23位元組，則按8位元組對齊的話就會分配24位元組(下面圖中的2號坑)；如果需要56位元組，則正好分配一個位元組數為56的區塊(下圖中的6號)，依此類推。如果記憶體不夠，就會呼叫refill()函式，在這個函式裡面，它會想盡一切辦法，不擇手段的獲取一起能利用的記憶體空間。
(2)空間釋放函式deallocate()
該函式首先判斷區塊的大小，大於128bytes就呼叫一級空間配置器，小於128bytes就找出對應的free list，將區塊回收。
二、迭代器和traits程式設計技法
1.迭代器
iteratro模式的定義是：提供一種方法，使之能夠依序尋訪某個聚合物（容器）所含的各個元素，而又無需要改聚合物的內部表述方式。
迭代器是一種類似指標的物件，而指標的各種行為中最常見也最重要的便是解引用和成員訪問。
2.Traits程式設計技法
簡單來說，就是使用函式模板和類模板推匯出型別引數的具體型別，然後通過具體的資料型別，來定義過載函式，實現在不同情況下呼叫合適的過載函式。
即通過函式模板來進行型別萃取，具體萃取方法這裡就不細說，有興趣的可以看《STL原始碼剖析》第三章。
三、序列式容器
這是我們介紹的重點，這部分的原始碼不難看懂，所以在這裡我只是進行一個簡單的總結，以及對一些相關問題說出自己的看法和理解。
1.vector
vector本質上相當於一個動態陣列，對於陣列大家能想到的第一個特點無非就是隨機訪問，而對於插入刪除操作對於陣列來說是軟肋。所以陣列不適用於有頻繁插入刪除操作的情況。
vector維護的是一個連續線性空間，當記憶體不夠時，只有一個辦法就是重新尋找更大的空間（一般情況都是新配置的記憶體空間都是原記憶體空間的兩倍），然後將原空間的元素拷貝過去，最後釋放原記憶體空間。 這裡提醒特別注意的一點，對vector的任何操作，一旦引起空間重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了，這是程式設計師易犯的一個錯誤，務必小心。
2.list
list本質是一個雙向連結串列，而對於連結串列大家也肯定很熟悉，最大的缺點是，當需要訪問一個元素時需要遍歷整個連結串列來進行查詢；而它的優點則是對於插入和刪除操作很方便，可以在O(1)時間內完成。
list的記憶體管理也比較簡單，就是插入元素時就分配一個節點，然後將該節點插入list中；當刪除一個元素就將該節點的記憶體釋放掉。有種即插即用的感覺。
3.deque
deque本質是雙端佇列。它結合了vector和list這兩者。它的特點是可以隨機訪問，以及可以在兩端快速插入和刪除。和vector相比，可以看成是一個vector陣列。它的組織結構如下圖，每個map元素都指向一段連續空間，那段連續空間也是我們真正儲存資料的地方，因此map也稱為中控器：
deque是由一段一段的定量連續空間構成。一旦有必要在deque的前端或尾端增加新空間，便配置一段定量的連續空間，串接在整個deque的頭端或尾端。deque的最大任務就是在這些分段的定量連續空間上，維護其整體連續的假象，並提供隨機存取的介面。
下面是中控器map、迭代器和緩衝區之間的關係：
接下來說說幾種比較特殊的情況，在當前緩衝區滿了以後如果繼續插入元素，這時會重新分配一個緩衝區，並讓map中的一個元素指向這片緩衝區，將新插入的元素存放在新開闢的緩衝區中。另外一種情況是，當刪除緩衝區中的一個元素以後，緩衝區為空，這時會將這個緩衝區釋放掉，以及釋放指向這個緩衝區map元素。第三種情況是，如果再插入一個元素以後，發現map所指的緩衝區全部滿了，這時候不僅要開闢新的緩衝區，還要擴充套件map的空間。
四、介面卡
介面卡本身沒有資料結構，只是底層利用容器的操作來是實現特定的需求。這裡介紹stack、queue和priority_queue這三種介面卡。
1.stack
stack本質是一個操作受限在一端的線性表。特點就是每次操作只能在棧頂進行，底層使用容器deque來實現自己的操作。 棧沒有迭代器，這個也好理解，因為迭代器對棧來說沒有什麼意義，因為棧的操作有特定限制，如果有迭代器則無疑會破壞這種吸限制。
2.queue
queue本質是一個操作受限在兩端的線性表，而且只能在隊首刪除元素，只能在隊尾插入元素。特點是FIFO，底層也是使用deque來實現自己的操作。 同理，佇列也沒有迭代器。
3.priority_queue
優先順序佇列，顧名思義，priority_queue是一個擁有權值觀念的queue，它允許加入新元素、移除舊元素、審視元素值等功能。其內的元素按照元素的權值排雷，權值最高者，排在最前面。 預設情況下，priority_queue利用max_heap完成，後者是一個以vector表現的完全二叉樹。max-heap可以滿足priority_queue所需要的“權值高低自動遞減排序”的特性。
五.總結
1.各種容器使用的情況
容器名 ：本質 （ 適用情況）
（1）vector ：動態陣列（ 隨機訪問、不適用於頻繁插入刪除的情況）
（2）list ： 雙向連結串列(迴圈) （ 適用於頻繁插入刪除，不適用於需要隨機訪問的情況）
（3）deque ：雙端佇列 （適用於隨機訪問，以及在兩端進行插入刪除操作的情況）
2.介面卡
介面卡名 （底層實現）
stack （deque）
queue （deque）
priority_queue （max-heap+vector）
3.為什麼STL中stack底層使用deque，而不使用vector和list？
棧只需進行入棧和出棧操作，而且這兩個操作基本上在一個程式中都會有，基本不存在說一個程式只入棧而不出棧這種，對於這種情況下，如果使用vector作為底層來實現stack存在的一個很大問題。舉一個例子來說的話，就是在程式中剛開始大量入棧，導致vector會開闢大量連續空間（當然這個開闢的過程還涉及重新分配）,之後如果進行出棧到棧空，這時分配給vector的空間不會減小，而會一直保持之前佔有的大塊連續空間，導致很大的浪費。而對於deque來說就不存在這樣的問題。