STL編程

一、STL的概念

STL（Standard Template Library），即標準模板庫，是一個具有工業強度的，高效的C++程序庫。它被容納於C++標準程序庫（C++ Standard Library）中，是ANSI/ISO C++標準中最新的也是極具革命性的一部分。該庫包含了諸多在計算機科學領域裏所常用的基本數據結構和基本算法。爲廣大C++程序員們提供了一個可擴展的應用框架，高度體現了軟件的可複用性。這種現象有些類似於Microsoft Visual C++中的MFC（Microsoft Foundation Class Library）。

從邏輯層次來看，在STL中體現了泛型化程序設計的思想（generic programming），引入了諸多新的名詞，比如像需求（requirements），概念（concept），模型（model），容器（container），算法（algorithmn），迭代子（iterator）等。與OOP（object-oriented programming）中的多態（polymorphism）一樣，泛型也是一種軟件的複用技術。

　　從實現層次看，整個STL是以一種類型參數化（type parameterized）的方式實現的，這種方式基於一個在早先C++標準中沒有出現的語言特性--模板（template）。如果查閱任何一個版本的STL源代碼，你就會發現，模板作爲構成整個STL的基石是一件千真萬確的事情。除此之外，還有許多C++的新特性爲STL的實現提供了方便。

二、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。

                     

三、STL程序示例

程序要求：輸入若干個整數，排序後並輸出。

1. 程序1：

// name:example2_1.cpp
// alias:Rubish
#include <stdlib.h>
#include <iostream.h>
int compare(const void *arg1, const void *arg2);
void main(void)
{
	const int max_size = 10;		// 數組允許元素的最大個數
	int num[max_size];			// 整型數組

	// 從標準輸入設備讀入整數，同時累計輸入個數，
	// 直到輸入的是非整型數據爲止
	int n;
	for (n = 0; cin >> num[n]; n ++);

	// C標準庫中的快速排序（quick-sort）函數
	qsort(num, n, sizeof(int), compare);

	// 將排序結果輸出到標準輸出設備
	for (int i = 0; i < n; i ++)
		cout << num[i] << "\n";
}

// 比較兩個數的大小，
// 如果*(int *)arg1比*(int *)arg2小，則返回-1
// 如果*(int *)arg1比*(int *)arg2大，則返回1
// 如果*(int *)arg1等於*(int *)arg2，則返回0
int compare(const void *arg1, const void *arg2)
{
	return	(*(int *)arg1 < *(int *)arg2) ? -1 :
			(*(int *)arg1 > *(int *)arg2) ? 1 : 0;
}

程序1完全使用的是傳統的C++風格，沒有使用STL，但是有一點不足之處就是輸入的整數個數受max_size的限制，程序缺乏健壯性。你可以利用動態分配內存的方法，那樣程序會隨之變得複雜，失去其簡潔性。

2. 程序2：

// name:example2_2.cpp
// alias:The first STL program
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

void main(void)
{
	vector<int> num;		// STL中的vector容器
	int element;
	// 從標準輸入設備讀入整數， 
	// 直到輸入的是非整型數據爲止
	while (cin >> element)
		num.push_back(element);
	// STL中的排序算法
	sort(num.begin(), num.end());
	// 將排序結果輸出到標準輸出設備
	for (int i = 0; i < num.size(); i ++)
		cout << num[i] << "\n";
}

程序2中使用了STL的一個標準容器vector，vector是一個可以動態調整大小的容器，push_back()是vector的一個類屬成員函數，用來在容器尾端插入一個元素。sort是STL中的標準算法，用來對容器中的元素進行排序。

3. 程序3：

// name:example2_3.cpp
// alias:aesthetic version
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;

void main(void)
{
	typedef vector<int>				int_vector;
	typedef istream_iterator<int>				istream_itr;
	typedef ostream_iterator<int>				ostream_itr;
	typedef back_insert_iterator< int_vector >	back_ins_itr;

	// STL中的vector容器
	int_vector num;
	// 從標準輸入設備讀入整數，  直到輸入的是非整型數據爲止
	copy(istream_itr(cin), istream_itr(), back_ins_itr(num));
	// STL中的排序算法
	sort(num.begin(), num.end());
	// 將排序結果輸出到標準輸出設備
	copy(num.begin(), num.end(), ostream_itr(cout, "\n"));
}

程序3包含了STL中幾乎所有的各大部件（容器container，迭代器iterator, 算法algorithm, 適配器adaptor），唯一的遺憾是少了函數對象（functor）的身影。