STL和C++標準函數庫

STL和C++標準函數庫

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。


圖1:STL和C++標準函數庫

STL和GP,GP和OOP

正如前面所提到的,在STL的背後蘊含着泛型化程序設計(GP)的思想,在這種思想裏,大部分基本算法被抽象,被泛化,獨立於與之對應的數據結構,用於以相同或相近的方式處理各種不同情形。這一思想和麪向對象的程序設計思想(OOP)不盡相同,因爲,在OOP中更注重的是對數據的抽象,即所謂抽象數據類型(Abstract Data Type),而算法則通常被附屬於數據類型之中。幾乎所有的事情都可以被看作類或者對象(即類的實例),通常,我們所看到的算法被作爲成員函數(member function)包含在類(class)中,類和類則構成了錯綜複雜的繼承體系。

儘管在象C++這樣的程序設計語言中,你還可以用全局函數來表示算法,但是在類似於Java這樣的純面向對象的語言中,全局函數已經被"勒令禁止"了。因此,用Java來模擬GP思想是頗爲困難的。如果你對前述的STL歷史還有印象的話,應該記得Alexander Stepanove也曾用基於OOP的語言嘗試過實現GP思想,但是效果並不好,包括沒有引入模板之前的C++語言。站在巨人的肩膀上,我們可以得出這樣的結論,在OOP中所體現的思想與GP的思想確實是相異的。C++並不是一種純面向對象的程序設計語言,它的絕妙之處,就在於既滿足了OOP,又成全了 GP。對於後者,模板立下了汗馬功勞。另外,需要指出的是,儘管GP和OOP有諸多不同,但這種不同還不至於到"水火不容"的地步。並且,在實際運用的時候,兩者的結合使用往往可以使問題的解決更爲有效。作爲GP思想實例的STL本身便是一個很好的範例,如果沒有繼承,不知道STL會是什麼樣子,似乎沒有人做過這樣的試驗。

 

STL的不同實現版本

相信你對STL的感性認識應該有所提高了,是該做一些實際的工作了,那麼我們首先來了解一下STL的不同實現版本。ANSI/ISO C++文件中的STL是一個僅被描述在紙上的標準,對於諸多C++編譯器而言,需要有各自實際的STL,它們或多或少的實現了標準中所描述的內容,這樣才能夠爲我們所用。之所以有不同的實現版本,則存在諸多原因,有歷史的原因,也有各自編譯器生產廠商的原因。以下是幾個常見的STL實現版本。

1.4.1 HP STL

HP STL是所有其它STL實現版本的根源。它是STL之父Alexander Stepanov在惠普的Palo Alto實驗室工作時,和Meng Lee共同完成的,是第一個STL的實現版本(參見1.2節)。這個STL是開放源碼的,所以它允許任何人免費使用、複製、修改、發佈和銷售該軟件和相關文檔,前提是必須在所有相關文件中加入HP STL的版本信息和授權信息。現在已經很少直接使用這個版本的STL了。

1.4.2 P.J. Plauger STL

P. J. Plauger STL屬於個人作品,由P. J. Plauger本人實現,是HP STL的一個繼承版本,因此在其所有頭文件中都含有HP STL的相關聲明,同時還有P. J. Plauger本人的版權聲明。P. J. Plauger是標準C中stdio庫的早期實現者,現在是C/C++ User's Journal的主編,與Microsoft保持着良好的關係。P. J. Plauger STL便是被用於Microsoft的Visual C++中的。在Windows平臺下的同類版本中,其性能不錯,但是queue組件(隊列,一種容器)的效率不理想,同時由於Visual C++對C++語言標準的支持不是很好(至少直到VC6.0爲止,還是如此),因此一定程度上影響了P. J. Plauger STL的性能。此外,該版本的源代碼可讀性較差,你可以在VC的Include子目錄下找到所有源文件(比如:C:/Program Files/Microsoft Visual Studio/VC98/Include)。因爲不是開放源碼的(open source),所以這些源代碼是不能修改和銷售的,目前P.J. Plauger STL由Dinkumware公司提供相關服務,詳情請見http://www.dinkumware.com。據稱Visual Studio.NET中的Visual C++.NET(即VC7.0),對C++標準的支持有所提高,並且多了以哈希表(hash table)爲基礎而實現的map容器,multimap容器和set容器。

1.4.3 Rouge Wave STL

Rouge Wave STL是由Rouge Wave公司實現的,也是HP STL的一個繼承版本,除了HP STL的相關聲明之外,還有Rouge Wave公司的版權聲明。同時,它也不是開放源碼的,因此無法修改和銷售。該版本被Borland C++ Builder所採用,你可以在C++ Builder的Include子目錄下找到所有頭文件(比如:C:/Program Files/Borland/Cbuilder5/Include)。儘管Rouge Wave STL的性能不是很好,但由於C++ Builder對C++語言標準的支持還算不錯,使其表現在一定程度上得以改善。此外,其源代碼的可讀性較好。可以從如下網站得到更詳細的情況介紹: http://www.rougewave.com。遺憾的是該版本已有一段時間沒有更新且不完全符合標準。因此在Borland C++ Builder 6.0中,它的地位被另一個STL的實現版本--STLport(見後)取代了。但是考慮到與以前版本的兼容,C++ Builder 6.0還是保留了Rouge Wave STL,只是如果你想查看它的源代碼的話,需要在別的目錄中才能找到(比如:C:/Program Files/Borland/Cbuilder6/Include/oldstl)。

1.4.4 STLport

STLport最初源於俄國人Boris Fomitchev的一個開發項目,主要用於將SGI STL的基本代碼移植到其他諸如C++Builder或者是Visual C++這樣的主流編譯器上。因爲SGI STL屬於開放源碼,所以STLport纔有權這樣做。目前STLport的最新版本是4.5。可以從如下網站得到更詳細的情況介紹://www.stlport.org,可以免費下載其源代碼。STLport已經被C/C++技術委員會接受成爲工業標準,且在許多平臺上都支持。根據測試STLport的效率比VC中的STL要快。比Rouge Wave STL更符合標準,也更容易移植。Borland C++ Builder已經在其6.0版中加入了對STLport的支持,它使用的STLport就是4.5版的,C++ Builder 6.0同時還提供了STLport的使用說明。你可以在C++ Builder的Include/Stlport子目錄下找到所有頭文件(比如:C:/Program Files/Borland/Cbuilder6/Include/Stlport)。

1.4.5 SGI STL

SGI STL是由Silicon Graphics Computer System, Inc公司實現的,其設計者和編寫者包括Alexander Stepanov和Matt Austern,同樣它也是HP STL的一個繼承版本。它屬於開放源碼,因此你可以修改和銷售它。SGI STL被GCC(linux下的C++編譯器)所採用,你可以在GCC的Include子目錄下找到所有頭文件(比如:C:/cygnus/cygwin -b20/include/g++/include)。由於GCC對C++語言標準的支持很好,SGI STL在linux平臺上的性能相當出色。此外,其源代碼的可讀性也很好。可以從如下網站得到更詳細的情況介紹:http://www.sgi.com,可以免費下載其源代碼。目前的最新版本是3.3。

 
發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章