C++標準庫和STL的關係 (轉載)

本文轉自:http://blog.csdn.net/beick/archive/2004/10/05/125318.aspx

STL的歷史
被譽爲STL之父的Alexander Stepanov,出生於蘇聯莫斯科,早在20世紀70年代後半期,他便已經開始考慮,在保證效率的前提下,將算法從諸多具體應用之中抽象出來的可能性 ,這便是後來泛型化思想的雛形。爲了驗證自己的思想,他和紐約州立大學教授Deepak Kapur,倫塞里爾技術學院教授David Musser共同開發了一種叫做Tecton的語言。儘管這次嘗試最終沒有取得實用性的成果,但卻給了Stepanov很大的啓示。

STL 的本質的思想是將算法和數據結構之間獨立!

 

 

沒有C++語言就沒有STL,這麼說毫不爲過。
   一般而言,STL作爲一個泛型化的數據結構和算法庫,並不牽涉具體語言(當然,在C++裏,它被稱爲STL)。
   也就是說,如果條件允許,用其他語言也可以實現之。這裏所說的條件,主要是指類似於"模板"這樣的語法機制 。 如果你沒有略過前一節內容的話,應該可以看到,Alexander Stepanov在選擇C++語言作爲實現工具之前,早以採用過多種程序設計語言。但是,爲什麼最終還是C++幸運的承擔了這個歷史性任務呢?原因不僅在 於前述那個條件,還在於C++在某些方面所表現出來的優越特性,比如:高效而靈活的指針。但是如果把C++作爲一種OOP(Object- Oriented Programming,面向對象程序設計)語言來看待的話(事實上我們一般都是這麼認爲的,不是嗎?),其功能強大的繼承機制卻沒有給STL的實現幫上多大的忙。在STL的源代碼裏,並沒有太多太複雜的繼承關係。繼承的思想,甚而面向對象的思想,還不足以實現類似STL這樣的泛型庫。C++只有在引入了"模板"之後,才直接導致了STL的誕生 。這也正是爲什麼,用其他比C++更純的面嚮對象語言無法實現泛型思想的一個重要原因。當然,事情總是在變化之中,像Java在這方面,就是一個很好的例子,jdk1.4中已經加入了泛型的特性。

 

C++ 中的模板機制是STL得以實現的重要的原因,而不是繼承這個有用的機制

此外,STL對於C++的發展,尤其是模板機制,也 起到了促進作用。比如:模板函數的偏特化(template function partial specialization),它被用於在特定應用場合,爲一般模板函數提供一系列特殊化版本。這一特性是繼STL被ANSI/ISO C++標準委員會通過之後,在Bjarne和Stepanov共同商討之下並由Bjarne向委員會提出建議的,最終該項建議被通過。這使得STL中的一 些算法在處理特殊情形時可以選擇非一般化的方式,從而保證了執行的效率。

 

STL是最新的C++標準函數庫中的一個子集 ,這個龐大的子集佔據了整個庫的大約80%的分量。而作爲在實現STL過程中扮演關鍵角色的模板則充斥了幾乎整個C++標準函數庫。在這裏,我們有必要看一看C++標準函數庫裏包含了哪些內容,其中又有哪些是屬於標準模板庫(即STL)的。

C++標準函數庫爲C++程序員們提供了一個可擴展的基礎性框架。我們從中可以獲得極大的便利,同時也可以通過繼承現有類,自己編制符合接口規範的容器、算法、迭代子等方式對之進行擴展。它大致包含了如下幾個組件:

C標準函數庫,基本保持了與原有C語言程序庫的良好 兼容,儘管有些微變化。人們總會忍不住留戀過去的美好歲月,如果你曾經是一個C程序員,對這一點一定體會頗深。或許有一點會讓你覺得奇怪,那就是在C++ 標準庫中存在兩套C的函數庫,一套是帶有.h擴展名的(比如<stdio.h>),而另一套則沒有(比如<cstdio>)。它 們確實沒有太大的不同。

語言支持(language support)部分,包含了一些標準類型的定義以及其他特性的定義,這些內容,被用於標準庫的其他地方或是具體的應用程序中。

診斷(diagnostics)部分,提供了用於程序診斷和報錯的功能,包含了異常處理(exception handling),斷言(assertions),錯誤代碼(error number codes)三種方式。

通用工具(general utilities)部分,這部分內容爲C++標準庫的其他部分提供支持,當然你也可以在自己的程序中調用相應功能。比如:動態內存管理工具,日期/時間處理工具。記住,這裏的內容也已經被泛化了(即採用了模板機制)。

字符串(string)部分,用來代表和處理文本。 它提供了足夠豐富的功能。事實上,文本是一個string對象,它可以被看作是一個字符序列,字符類型可能是char,或者wchar_t等等。 string可以被轉換成char*類型,這樣便可以和以前所寫的C/C++代碼和平共處了。因爲那時侯除了char*,沒有別的。

國際化 (internationalization)部分,作爲OOP特性之一的封裝機制在這裏扮演着消除文化和地域差異的角色,採用locale和facet 可以爲程序提供衆多國際化支持,包括對各種字符集的支持,日期和時間的表示,數值和貨幣的處理等等。畢竟,在中國和在美國,人們表示日期的習慣是不同的。

容器(containers)部分,STL的一個重 要組成部分,涵蓋了許多數據結構,比如前面曾經提到的鏈表,還有:vector(類似於大小可動態增加的數組)、queue(隊列)、stack(堆 棧)……。string也可以看作是一個容器,適用於容器的方法同樣也適用於string。現在你可以輕鬆的完成數據結構課程的家庭作業了。

算法(algorithms)部分,STL的一個重 要組成部分,包含了大約70個通用算法,用於操控各種容器,同時也可以操控內建數組。比如:find用於在容器中查找等於某個特定值的元 素,for_each用於將某個函數應用到容器中的各個元素上,sort用於對容器中的元素排序。所有這些操作都是在保證執行效率的前提下進行的,所以, 如果在你使用了這些算法之後程序變得效率底下,首先一定不要懷疑這些算法本身,仔細檢查一下程序的其他地方。

迭代器(iterators)部分,STL的一個重要組成部分,如果沒有迭代器的撮合,容器和算法便無法結合的如此完美。事實上,每個容器都有自己的迭代器,只有容器自己才知道如何訪問自己的元素。它有點像指針,算法通過迭代器來定位和操控容器中的元素。

數值(numerics)部分,包含了一些數學運算功能,提供了複數運算的支持。

輸入/輸出(input/output)部分,就是 經過模板化了的原有標準庫中的iostream部分,它提供了對C++程序輸入輸出的基本支持。在功能上保持了與原有iostream的兼容,並且增加了 異常處理的機制,並支持國際化(internationalization)。

總體上,在C++標準函數庫中,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。

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