C++ STL简化了编程

 图1、STL和c++标准模板库

作为C++标准必不可少的一部分，STL应该是渗透在C++程序的角角落落里的。

STL不是实验室里的宠儿。也不是程序猿桌上的摆设。她的激动人心并不是昙花一现。本教程旨在传播和普及STL的基础知识，若能借此机会为STL的推广做些力所能及的事情，到也是件让人愉快的事情。

1、

　　"什么是STL？"。假如你对STL还知之甚少，那么我想，你一定非常想知道这个问题的答案，坦率地讲，要指望用短短数言将这个问题阐述清晰，也决非易事。

因此，假设你在看完本节之后还是认为似懂非懂。大可不必着急。在阅读了兴许内容之后，相信你对STL的认识。将会愈加清晰、准确和完整。只是。上述这番话听起来是否有点像是在为自己糟糕的表达能力开脱罪责呢？:）

　　不知道你是否有过这种经历。

在你准备着手完毕数据结构老师所布置的家庭作业时，或者在你为你所负责的某个软件项目中加入一项新功能时。你发现须要用到一个链表(List)或者是映射表（Map）之类的东西，可是手头并没有现成的代码。

于是在你開始正式考虑程序功能之前，手工实现List或者Map是不可避免的。于是……，终于你顺利完毕了任务。

也许此时，作为一个具有较高素质的程序猿的你还不肯罢休（或者是一个喜欢偷懒的优等生:）。由于你会想到。假设以后还遇到这种情况怎么办？没有必要再做一遍相同的事情吧。

　　假设说上述这样的情形每天都在发生，也许有点夸张。

可是。假设说整个软件领域里，数十年来确实都在为了一个目标而奋斗--可复用性（reusability）。这看起来似乎并不夸张。从最早的面向过程的函数库。到面向对象的程序设计思想，到各种组件技术（如：COM、EJB）。到设计模式（design pattern）等等。

而STL也在做着类似的事情，同一时候在它背后蕴涵着一种新的程序设计思想--泛型化设计（generic programming）。

　　继续上面提到的那个样例，假如你把List或者map完善的保留了下来，正在暗自得意。且慢，假设下一回的List里放的不是浮点数而是整数呢？假设你所实现的Map在效率上总是令你不太惬意而且有时还会出些bug呢？你该怎样面对这些问题？使用STL是一个不错的选择。确实如此。STL能够美丽地解决上面提到的这些问题。虽然你还能够寻求其它方法。

　　说了半天，究竟STL是什么东西呢？

2、

　STL（Standard Template Library）。即标准模板库，是一个具有工业强度的。高效的C++程序库。

它被容纳于C++标准程序库（C++ Standard Library）中。是ANSI/ISO C++标准中最新的也是极具革命性的一部分。该库包括了诸多在计算机科学领域里所经常使用的基本数据结构和基本算法。

为广大C++程序猿们提供了一个可扩展的应用框架。高度体现了软件的可复用性。这样的现象有些类似于Microsoft
Visual C++中的MFC（Microsoft Foundation Class Library），或者是Borland C++ Builder中的VCL(Visual Component Library)，对于此二者，大家一定不会陌生吧。

　　从逻辑层次来看，在STL中体现了泛型化程序设计的思想（generic programming），引入了诸多新的名词。比方像需求（requirements），概念（concept），模型（model），容器（container），算法（algorithmn），迭代子（iterator）等。与OOP（object-oriented programming）中的多态（polymorphism）一样。泛型也是一种软件的复用技术。

　　从实现层次看。整个STL是以一种类型參数化（type parameterized）的方式实现的，这样的方式基于一个在早先C++标准中没有出现的语言特性--模板（template）。

假设查阅不论什么一个版本号的STL源码，你就会发现，模板作为构成整个STL的基石是一件千真万确的事情。除此之外，还有很多C++的新特性为STL的实现提供了方便。

　　不知你对这里一下子冒出这么多术语做何感想，希望不会另你不愉快。假如你对它们之中的大多数不甚了解。敬请放心。在兴许内容中将会对这些名词逐一论述。

正如开头所提到的。

　　有趣的是。对于STL还有第二种解释--STepanov & Lee，前者是指Alexander Stepanov，STL的创始人；而后者是Meng Lee，她也是使STL得以推行的功臣，第一个STL成品就是他们合作完毕的。

这一提法源自1995年3月。Dr.Dobb's Journal特约记者, 著名技术书籍作家Al Stevens对Alexander Stepanov的一篇专訪。

3、

　　在结识新朋友的时候，大多数人总是忍不住想了解对方的过去。本节将带您简单回想一下STL的过去。　被誉为STL之父的Alexander Stepanov，出生于苏联莫斯科，早在20世纪70年代后半期，他便已经開始考虑。在保证效率的前提下。将算法从诸多详细应用之中抽象出来的可能性，这便是后来泛型化思想的雏形。

为了验证自己的思想。他和纽约州立大学教授Deepak
Kapur，伦塞里尔技学院教授David
Musser共同开发了一种叫做Tecton的语言。

虽然这次尝试终于没有取得有用性的成果。但却给了Stepanov非常大的启发。

　　在随后的几年中，他又和David Musser等人先后用Schema语言（一种Lisp语言的变种）和Ada语言建立了一些大型程序库。这其间。Alexander Stepanov開始意识到。在当时的面向对象程序设计思想中所存在的一些问题，比方抽象数据类型概念所存在的缺陷。Stepanov希望通过对软件领域中各组成部分的分类，逐渐形成一种软件设计的概念性框架。

　　1987年左右，在贝尔实验室工作的Alexander Stepanov開始首次採用C++语言进行泛型软件库的研究。但遗憾的是。当时的C++语言还没有引入模板（template）的语法。如今我们能够清楚的看到，模板概念之于STL实现。是何等重要。是时使然，採用继承机制是别无选择的。

虽然如此。Stepanov还是开发出了一个庞大的算法库。与此同一时候。在与Andrew Koenig（前ISO C++标准化委员会主席）和Bjarne Stroustrup（C++语言的创始人）等*大师们的共事过程中，Stepanov開始注意到C/C++语言在实现其泛型思想方面所具有的潜在优势。就拿C/C++中的指针而言，它的灵活与高效运用，使后来的STL在实现泛型化的同一时候更是保持了高效率。

另外，在STL中占领极其重要地位的迭代子概念便是源自于C/C++中原生指针（
native pointer）的抽象。

　　1988年，Alexander Stepanov開始进入惠普的Palo Alto实验室工作，在随后的4年中，他从事的是有关磁盘驱动器方面的工作。

直到1992年，因为參加并主持了实验室主任Bill Worley所建立的一个有关算法的研究项目，才使他又一次回到了泛型化算法的研究工作上来。项目自建立之后，參与者从最初的8人逐渐降低。最后仅仅剩下两个人--Stepanove本人和Meng Lee。

经过长时间的努力，终于，信念与汗水所换来的是一个包括有大量数据结构和算法部件的庞大执行库。

这便是如今的STL的雏形（同一时候也是STL的一个实现版本号--HP
STL）。

　　1993年，当时在贝尔实验室的Andrew Koenig看到了Stepanove的研究成果，非常是兴奋。在他的鼓舞与帮助下，Stepanove于是年9月的圣何塞为ANSI/ISO C++标准委员会做了一个相关演讲（题为"The Science of C++ Programming"），向委员们讲述了其观念。然后又于次年3月，在圣迭戈会议上，向委员会提交了一份建议书，以期使STL成为C++标准库的一部分。虽然这一建议十分庞大，以至于减少了被通过的可能性。但因为其所包括的新思想，投票结果以压倒多数的意见觉得推迟对该建议的决定。

　　随后，在众人的帮助之下。包含Bjarne Stroustrup在内。Stepanove又对STL进行了改进。同一时候增加了一个封装内存模式信息的抽象模块。也就是如今STL中的allocator，它使STL的大部分实现都能够独立于详细的内存模式，从而独立于详细平台。

在同年夏季的滑铁卢会议上。委员们以80%赞成，20%反对，最终通过了提案，决定将STL正式纳入C++标准化进程之中，随后STL便被放进了会议的工作文件里。

自此，STL最终成为了C++家族中的重要一员。

　　此后。随着C++标准的不断改进。STL也在不断地作着对应的演化。

直至1998年。ANSI/ISO C++标准正式定案。STL始终是C++标准中不可或缺的一大部件。

　　在你了解了STL的过去之后，一些名词開始不断在你的大脑中浮现。STL、C++、C++标准函数库、泛型程序设计、面向对象程序设计……。这些概念意味着什么？他们之间的关系又是什么？假设你想了解某些细节。这里或许有你希望得到的答案。

　　没有C++语言就没有STL，这么说毫不为过。

一般而言，STL作为一个泛型化的数据结构和算法库。并不牵涉详细语言（当然，在C++里。它被称为STL）。

也就是说。假设条件同意，用其它语言也能够实现之。这里所说的条件，主要是指类似于"模板"这种语法机制。假设你没有略过前一节内容的话，应该能够看到。Alexander Stepanov在选择C++语言作为实现工具之前，早以採用过多种程序设计语言。

可是。为什么终于还是C++幸运的承担了这个历史性任务呢？原因不仅在于前述那个条件，还在于C++在某些方面所表现出来的优越特性。比方：高效而灵活的指针。可是假设把C++作为一种OOP（Object-Oriented
Programming，面向对象程序设计）语言来看待的话（其实我们一般都是这么觉得的，不是吗？），其功能强大的继承机制却没有给STL的实现帮上多大的忙。

在STL的源码里。并没有太多太复杂的继承关系。

继承的思想，甚而面向对象的思想，还不足以实现类似STL这种泛型库。C++仅仅有在引入了"模板"之后，才直接导致了STL的诞生。

这也正是为什么，用其它比C++更纯的面向对象语言无法实现泛型思想的一个重要原因。当然，事情总是在变化之中，像Java在这方面，就是一个非常好的样例，jdk1.4中已经增加了泛型的特性。

　　此外，STL对于C++的发展。尤其是模板机制。也起到了促进作用。比方：模板函数的偏特化（template function partial specialization）。它被用于在特定应用场合。为一般模板函数提供一系列特殊化版本号。

这一特性是继STL被ANSI/ISO C++标准委员会通过之后，在Bjarne和Stepanov共同商讨之下并由Bjarne向委员会提出建议的，终于该项建议被通过。这使得STL中的一些算法在处理特殊情形时能够选择非一般化的方式，从而保证了运行的效率

　　STL是最新的C++标准函数库中的一个子集，这个庞大的子集占领了整个库的大约80%的分量。而作为在实现STL过程中扮演关键角色的模板则充斥了差点儿整个C++标准函数库。在这里，我们有必要看一看C++标准函数库里包括了哪些内容，当中又有哪些是属于标准模板库（即STL）的。

　　C++标准函数库为C++程序猿们提供了一个可扩展的基础性框架。我们从中能够获得极大的便利，同一时候也能够通过继承现有类，自己编制符合接口规范的容器、算法、迭代子等方式对之进行扩展。它大致包括了例如以下几个组件：

　　C标准函数库，基本保持了与原有C语言程序库的良好兼容。虽然有些微变化。人们总会忍不住留恋过去的美好岁月。假设你以前是一个C程序猿，对这一点一定体会颇深。也许有一点会让你认为奇怪，那就是在C++标准库中存在两套C的函数库，一套是带有.h扩展名的（比方<stdio.h>），而还有一套则没有（比方<cstdio>）。它们确实没有太大的不同。

　　语言支持（language support）部分，包括了一些标准类型的定义以及其它特性的定义，这些内容，被用于标准库的其它地方或是详细的应用程序中。

　　诊断（diagnostics）部分，提供了用于程序诊断和报错的功能。包括了异常处理（exception handling），断言（assertions），错误代码（error number codes）三种方式。

　　通用工具（general utilities）部分，这部分内容为C++标准库的其它部分提供支持。当然你也能够在自己的程序中调用对应功能。

比方：动态内存管理工具，日期/时间处理工具。

记住，这里的内容也已经被泛化了（即採用了模板机制）。

　　字符串（string）部分。用来代表和处理文本。它提供了足够丰富的功能。其实。文本是一个string对象，它能够被看作是一个字符序列，字符类型可能是char，或者wchar_t等等。

string能够被转换成char*类型，这样便能够和曾经所写的C/C++代码和平共处了。

由于那时侯除了char*，没有别的。

　　国际化（internationalization）部分，作为OOP特性之中的一个的封装机制在这里扮演着消除文化和地域差异的角色，採用locale和facet能够为程序提供众多国际化支持。包含对各种字符集的支持。日期和时间的表示，数值和货币的处理等等。毕竟，在中国和在美国，人们表示日期的习惯是不同的。

　　容器（containers）部分，STL的一个重要组成部分，涵盖了很多数据结构。比方前面以前提到的链表，还有：vector（类似于大小可动态添加的数组）、queue（队列）、stack（堆栈）……。string也能够看作是一个容器，适用于容器的方法相同也适用于string。

如今你能够轻松的完毕数据结构课程的家庭作业了。

　　算法（algorithms）部分，STL的一个重要组成部分。包括了大约70个通用算法，用于操控各种容器，同一时候也能够操控内建数组。比方：find用于在容器中查找等于某个特定值的元素，for_each用于将某个函数应用到容器中的各个元素上，sort用于对容器中的元素排序。全部这些操作都是在保证运行效率的前提下进行的，所以，假设在你使用了这些算法之后程序变得效率底下，首先一定不要怀疑这些算法本身，细致检查一下程序的其它地方。

　　迭代器（iterators）部分，STL的一个重要组成部分，假设没有迭代器的撮合，容器和算法便无法结合的如此完美。其实，每一个容器都有自己的迭代器。仅仅有容器自己才知道怎样訪问自己的元素。它有点像指针，算法通过迭代器来定位和操控容器中的元素。

　　数值（numerics）部分。包括了一些数学运算功能。提供了复数运算的支持。

　　输入/输出（input/output）部分。就是经过模板化了的原有标准库中的iostream部分。它提供了对C++程序输入输出的基本支持。在功能上保持了与原有iostream的兼容，而且添加了异常处理的机制，并支持国际化（internationalization）。

　　整体上，在C++标准函数库中，STL主要包括了容器、算法、迭代器。

string也能够算做是STL的一部分。

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原文出处：http://tech.163.com/05/0613/10/1M4EA0US00091589_2.html    感谢！

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