STL

简介	本教程介绍有关学习C++ STL的预备知识和STL的相关背景知识，适合想对STL做大致了解的初学者。

参考：http://morningspace.51.net/resource/stlintro/stlintro.html

 

 

【百度】：

    STL （Standard Template Library），标准模板库，惠普实验室开发的一系列软件的统称。从根本上说，STL是一些“容器”的集合，这些“容器”有list,vector,set,map等，STL也是算法和其他一些组件的集合。

    STL的目的是标准化组件，这样就不用重新开发，可以使用现成的组件。

    STL现在是C++的一部分，因此不用额外安装什么。

 

 

 

STL和C++

    一般而言，STL作为一个泛型化的数据结构和算法库，并不牵涉具体语言（当然，在C++里，它被称为STL）。也就是说，如果条件允许，用其他语言也可以实现之。但是，为什么最终还是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，比如：高效而灵活的指针。但是如果把C++作为一种OOP（Object-Oriented Programming，面向对象程序设计）语言来看待的话（事实上我们一般都是这么认为的，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的源代码里，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这样的泛型库。C++只有在引入了"模板"之后，才直接导致了STL的诞生。这也正是为什么，用其他比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，就是一个很好的例子，jdk1.4中已经加入了泛型的特性。

     此外，STL对于C++的发展，尤其是模板机制，也起到了促进作用。比如：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。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，最终该项建议被通过。这使得STL中的一些算法在处理特殊情形时可以选择非一般化的方式，从而保证了执行的效率。

 

   STL被内建在你的编译器之内。

　　在C++标准中，STL被组织为下面的13个头文件：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack>和<utility>。

 STL和C++标准函数库

     STL是最新的C++标准函数库中的一个子集，这个庞大的子集占据了整个库的大约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几乎整个C++标准函数库。在这里，我们有必要看一看C++标准函数库里包含了哪些内容，其中又有哪些是属于标准模板库（即STL）的。

    C++标准函数库为C++程序员们提供了一个可扩展的基础性框架。我们从中可以获得极大的便利，同时也可以通过继承现有类，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。它大致包含了如下几个组件：

• 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，尽管有些微变化。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（比如<stdio.h>），而另一套则没有（比如<cstdio>）。它们确实没有太大的不同。
• 语言支持（language support）部分，包含了一些标准类型的定义以及其他特性的定义，这些内容，被用于标准库的其他地方或是具体的应用程序中。
• 诊断（diagnostics）部分，提供了用于程序诊断和报错的功能，包含了异常处理（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++标准库的其他部分提供支持，当然你也可以在自己的程序中调用相应功能。比如：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（即采用了模板机制）。
• 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。事实上，文本是一个string对象，它可以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可以被转换成char*类型，这样便可以和以前所写的C/C++代码和平共处了。因为那时侯除了char*，没有别的。
• 国际化（internationalization）部分，作为OOP特性之一的封装机制在这里扮演着消除文化和地域差异的角色，采用locale和facet可以为程序提供众多国际化支持，包括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，涵盖了许多数据结构，比如前面曾经提到的链表，还有：vector（类似于大小可动态增加的数组）、queue（队列）、stack（堆栈）……。string也可以看作是一个容器，适用于容器的方法同样也适用于string。现在你可以轻松的完成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，包含了大约70个通用算法，用于操控各种容器，同时也可以操控内建数组。比如：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。所有这些操作都是在保证执行效率的前提下进行的，所以，如果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，仔细检查一下程序的其他地方。
• 迭代器（iterators）部分，STL的一个重要组成部分，如果没有迭代器的撮合，容器和算法便无法结合的如此完美。事实上，每个容器都有自己的迭代器，只有容器自己才知道如何访问自己的元素。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，包含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，并且增加了异常处理的机制，并支持国际化（internationalization）。

总体上，在C++标准函数库中，STL主要包含了容器、算法、迭代器。string也可以算做是STL的一部分。

算法部分

    算法部分主要由头文件<algorithm>，<numeric>和<functional>组成。

• <algorithm>是所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），它是由一大堆模版函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。
• <numeric>体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数，包括加法和乘法在序列上的一些操作。
• <functional>中则定义了一些模板类，用以声明函数对象。

    STL提供了大约100个实现算法的模版函数，比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数，stable_sort以你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。这样一来，只要我们熟悉了STL之后，许多代码可以被大大的化简，只需要通过调用一两个算法模板，就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。

容器部分

    STL容器允许我们重复利用已有的实现构造自己的特定类型下的数据结构，通过设置一些模版类，STL容器对最常用的数据结构提供了支持，这些模板的参数允许我们指定容器中元素的数据类型，可以将我们许多重复而乏味的工作简化。

　　容器部分主要由头文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>组成。对于常用的一些容器和容器适配器（可以看作由其它容器实现的容器），可以通过下表总结一下它们和相应头文件的对应关系。

数据结构	描述	实现头文件
向量(vector)	连续存储的元素	<vector>
列表(list)	由节点组成的双向链表，每个结点包含着一个元素	<list>
双队列(deque)	连续存储的指向不同元素的指针所组成的数组	<deque>
集合(set)	由节点组成的红黑树，每个节点都包含着一个元素，节点之间以某种作用于元素对的谓词排列，没有两个不同的元素能够拥有相同的次序	<set>
多重集合(multiset)	允许存在两个次序相等的元素的集合	<set>
栈(stack)	后进先出的值的排列	<stack>
队列(queue)	先进先出的值的排列	<queue>
优先队列(priority_queue)	元素的次序是由作用于所存储的值对上的某种谓词决定的的一种队列	<queue>
映射(map)	由{键，值}对组成的集合，以某种作用于键对上的谓词排列	<map>
多重映射(multimap)	允许键对有相等的次序的映射	<map>

 

迭代器

　　软件设计有一个基本原则，所有的问题都可以通过引进一个间接层来简化，这种简化在STL中就是用迭代器来完成的。

    概括来说，迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来，起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的，每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器，用以存取容器中的元素。

　　迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator>和<memory>组成。

• <utility>是一个很小的头文件，它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明，
• <iterator>中提供了迭代器使用的许多方法，

• <memory>的描述则十分的困难，它以不同寻常的方式为容器中的元素分配存储空间，同时也为某些算法执行期间产生的临时对象提供机制,<memory>中的主要部分是模板类allocator，它负责产生所有容器中的默认分配器。

STL和GP，GP和OOP

    STL的背后蕴含着泛型化程序设计（GP）的思想，在这种思想里，大部分基本算法被抽象，被泛化，独立于与之对应的数据结构，用于以相同或相近的方式处理各种不同情形。这一思想和面向对象的程序设计思想（OOP）不尽相同，因为，在OOP中更注重的是对数据的抽象，即所谓抽象数据类型（Abstract Data Type），而算法则通常被附属于数据类型之中。几乎所有的事情都可以被看作类或者对象（即类的实例），通常，我们所看到的算法被作为成员函数（member function）包含在类（class）中，类和类则构成了错综复杂的继承体系。

尽管在象C++这样的程序设计语言中，你还可以用全局函数来表示算法，但是在类似于Java这样的纯面向对象的语言中，全局函数已经被"勒令禁止"了。因此，用Java来模拟GP思想是颇为困难的。如果你对前述的STL历史还有印象的话，应该记得Alexander Stepanove也曾用基于OOP的语言尝试过实现GP思想，但是效果并不好，包括没有引入模板之前的C++语言。站在巨人的肩膀上，我们可以得出这样的结论，在OOP中所体现的思想与GP的思想确实是相异的。

    C++并不是一种纯面向对象的程序设计语言，它的绝妙之处，就在于既满足了OOP，又成全了GP。对于后者，模板立下了汗马功劳。另外，需要指出的是，尽管GP和OOP有诸多不同，但这种不同还不至于到"水火不容"的地步。并且，在实际运用的时候，两者的结合使用往往可以使问题的解决更为有效。作为GP思想实例的STL本身便是一个很好的范例，如果没有继承，不知道STL会是什么样子，似乎没有人做过这样的试验。