一、STL簡介
STL（Standard Template Library，標準模板庫)是惠普實驗室開發(fā)的一系列軟件的統(tǒng)稱。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普實驗室工作時所開發(fā)出來的。現(xiàn)在雖說它主要出現(xiàn)在C++中，但在被引入C++之前該技術(shù)就已經(jīng)存在了很長的一段時間。
STL的代碼從廣義上講分為三類：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），幾乎所有的代碼都采用了模板類和模版函數(shù)的方式，這相比于傳統(tǒng)的由函數(shù)和類組成的庫來說提供了更好的代碼重用機會。在C++標準中，STL被組織為下面的13個頭文件：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack>和<utility>。以下筆者就簡單介紹一下STL各個部分的主要特點。
二、算法
大家都能取得的一個共識是函數(shù)庫對數(shù)據(jù)類型的選擇對其可重用性起著至關(guān)重要的作用。舉例來說，一個求方根的函數(shù)，在使用浮點數(shù)作為其參數(shù)類型的情況下的可重用性肯定比使用整型作為它的參數(shù)類性要高。而C++通過模板的機制允許推遲對某些類型的選擇，直到真正想使用模板或者說對模板進行特化的時候，STL就利用了這一點提供了相當多的有用算法。它是在一個有效的框架中完成這些算法的——你可以將所有的類型劃分為少數(shù)的幾類，然后就可以在模版的參數(shù)中使用一種類型替換掉同一種類中的其他類型。
STL提供了大約100個實現(xiàn)算法的模版函數(shù)，比如算法for_each將為指定序列中的每一個元素調(diào)用指定的函數(shù)，stable_sort以你所指定的規(guī)則對序列進行穩(wěn)定性排序等等。這樣一來，只要我們熟悉了STL之后，許多代碼可以被大大的化簡，只需要通過調(diào)用一兩個算法模板，就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。
算法部分主要由頭文件<algorithm>，<numeric>和<functional>組成。<algorithm>是所有STL頭文件中最大的一個（盡管它很好理解），它是由一大堆模版函數(shù)組成的，可以認為每個函數(shù)在很大程度上都是獨立的，其中常用到的功能范圍涉及到比較、交換、查找、遍歷操作、復制、修改、移除、反轉(zhuǎn)、排序、合并等等。<numeric>體積很小，只包括幾個在序列上面進行簡單數(shù)學運算的模板函數(shù)，包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中則定義了一些模板類，用以聲明函數(shù)對象。
三、容器
在實際的開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的重要性不會遜于操作于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法的重要性，當程序中存在著對時間要求很高的部分時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇就顯得更加重要。
經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)量有限，但是我們常常重復著一些為了實現(xiàn)向量、鏈表等結(jié)構(gòu)而編寫的代碼，這些代碼都十分相似，只是為了適應不同數(shù)據(jù)的變化而在細節(jié)上有所出入。STL容器就為我們提供了這樣的方便，它允許我們重復利用已有的實現(xiàn)構(gòu)造自己的特定類型下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過設置一些模版類，STL容器對最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了支持，這些模板的參數(shù)允許我們指定容器中元素的數(shù)據(jù)類型，可以將我們許多重復而乏味的工作簡化。
容器部分主要由頭文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>組成。對于常用的一些容器和容器適配器（可以看作由其它容器實現(xiàn)的容器），可以通過下表總結(jié)一下它們和相應頭文件的對應關(guān)系。
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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
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描述
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實現(xiàn)頭文件
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| 向量(vector) |
連續(xù)存儲的元素 |
<vector> |
| 列表(list) |
由節(jié)點組成的雙向鏈表，每個結(jié)點包含著一個元素 |
<list> |
| 雙隊列(deque) |
連續(xù)存儲的指向不同元素的指針所組成的數(shù)組 |
<deque> |
| 集合(set) |
由節(jié)點組成的紅黑樹，每個節(jié)點都包含著一個元素，節(jié)點之間以某種作用于元素對的謂詞排列，沒有兩個不同的元素能夠擁有相同的次序 |
<set> |
| 多重集合(multiset) |
允許存在兩個次序相等的元素的集合 |
<set> |
| 棧(stack) |
后進先出的值的排列 |
<stack> |
| 隊列(queue) |
先進先出的執(zhí)的排列 |
<queue> |
| 優(yōu)先隊列(priority_queue) |
元素的次序是由作用于所存儲的值對上的某種謂詞決定的的一種隊列 |
<queue> |
| 映射(map) |
由{鍵，值}對組成的集合，以某種作用于鍵對上的謂詞排列 |
<map> |
| 多重映射(multimap) |
允許鍵對有相等的次序的映射 |
<map> |
四、迭代器
下面要說的迭代器從作用上來說是最基本的部分，可是理解起來比前兩者都要費力一些（至少筆者是這樣）。軟件設計有一個基本原則，所有的問題都可以通過引進一個間接層來簡化，這種簡化在STL中就是用迭代器來完成的。概括來說，迭代器在STL中用來將算法和容器聯(lián)系起來，起著一種黏和劑的作用。幾乎STL提供的所有算法都是通過迭代器存取元素序列進行工作的，每一個容器都定義了其本身所專有的迭代器，用以存取容器中的元素。
迭代器部分主要由頭文件<utility>,<iterator>和<memory>組成。<utility>是一個很小的頭文件，它包括了貫穿使用在STL中的幾個模板的聲明，<iterator>中提供了迭代器使用的許多方法，而對于<memory>的描述則十分的困難，它以不同尋常的方式為容器中的元素分配存儲空間，同時也為某些算法執(zhí)行期間產(chǎn)生的臨時對象提供機制,<memory>中的主要部分是模板類allocator，它負責產(chǎn)生所有容器中的默認分配器。
五、對初學者學習STL的一點建議
對于之前不太了解STL的讀者來說，上面的文字只是十分概括地描述了一下STL的框架，對您理解STL的機制乃至使用STL所起到的幫助微乎甚微，這不光是因為深入STL需要對C++的高級應用有比較全面的了解，更因為STL的三個部分算法、容器和迭代器三部分是互相牽制或者說是緊密結(jié)合的。從概念上講最基礎的部分是迭代器，可是直接學習迭代器會遇到許多抽象枯燥和繁瑣的細節(jié)，然而不真正理解迭代器又是無法直接進入另兩部分的學習的（至少對剖析源碼來說是這樣）。可以說，適應STL處理問題的方法是需要花費一定的時間的，但是以此為代價，STL取得了一種十分可貴的獨立性，它通過迭代器能在盡可能少地知道某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下完成對這一結(jié)構(gòu)的運算，所以下決心鉆研STL的朋友們千萬不要被一時的困難擊倒。其實STL運用的模式相對統(tǒng)一，只要適應了它，從一個STL工具到另一個工具，都不會有什么大的變化。
對于STL的使用，也普遍存在著兩種觀點。第一種認為STL的最大作用在于充當經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法教材，因為它的源代碼涉及了許多具體實現(xiàn)方面的問題。第二種則認為STL的初衷乃是為了簡化設計，避免重復勞動，提高編程效率，因此應該是“應用至上”的，對于源代碼則不必深究。筆者則認為分析源代碼和應用并不矛盾，通過分析源代碼也能提高我們對其應用的理解，當然根據(jù)具體的目的也可以有不同的側(cè)重。
最后要說的是，STL是ANSI/ISO C++標準的一部分，所以對于一個可以有多種C++實現(xiàn)的過程，首先考慮的應該是STL提供的模板（高效且可移植性好），其次才是各個廠商各自相應的庫（高效但可移植性不好）以及自己去編寫代碼（可移植性好但低效）。
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 怒火之袍
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posted on 2006-06-12 23:14
lucal 閱讀(671)
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