【c++ • STL】初步认识什么是 STL 标准库-Toy模板网

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【c++ • STL】初步认识什么是 STL 标准库

🚀 个人简介：CSDN「博客新星」TOP 10 ， C/C++ 领域新星创作者

💟 作者：锡兰_CC ❣️

📝 专栏：从零开始的 c++ 之旅

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前言

本文我们将初步认识 STL，了解 STL 的历史，STL 的不同实现版本，以及 STL 的作用。

一、初步认识 STL

1、什么是 STL

Q：什么是 STL ？
A： STL 代表着（Standard Template Library），是一个c++程序库，包含了很多在计算机科学领域中常用的基本数据结构和基本算法。STL由容器、算法、迭代器、函数对象、适配器、内存分配器这 6 部分构成。

STL 的组成	含义
容器	各种数据类型，比如`vector`向量容器，`list`列表容器等
算法	各种常用算法，比如`sort`排序，`copy`复制
迭代器	扮演着容器和算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”
仿函数	行为类似函数，可作为算法的某种策略，一般函数指针可视为狭义的仿函数
适配器	修饰容器或者仿函数或者迭代器接口的东西
内存分配器	负责空间配置与管理

2、六大组件的交互关系

六大组件的交互关系 ：容器通过内存分配器取得数据储存空间，算法通过迭代器存取容器内容，仿函数可以协助算法完成不同的策略变化，适配器可以修饰或套接仿函数。

具体如下图所示：

【c++ • STL】初步认识什么是 STL 标准库

二、STL 的历史

被誉为STL之父的 Alexander Stepanov，出生于苏联莫斯科，早在20世纪70年代后半期，他便已经开始考虑，在保证效率的前提下，将算法从诸多具体应用之中抽象出来的可能性，这便是后来泛型化思想的雏形。为了验证自己的思想，他和纽约州立大学教授Deepak Kapur，伦塞里尔技术学院教授David Musser共同开发了一种叫做Tecton的语言。尽管这次尝试最终没有取得实用性的成果，但却给了Stepanov很大的启示；

在随后的几年中，他又和David Musser等人先后用Schema语言（一种Lisp语言的变种）和Ada语言建立了一些大型程序库。这其间，Alexander Stepanov开始意识到，在当时的面向对象程序设计思想中所存在的一些问题，比如抽象数据类型概念所存在的缺陷。Stepanov希望通过对软件领域中各组成部分的分类，逐渐形成一种软件设计的概念性框架；

1987年左右，在贝尔实验室工作的Alexander Stepanov开始首次采用C++语言进行泛型软件库的研究。但遗憾的是，当时的C++语言还没有引入模板（template）的语法，现在我们可以清楚的看到，模板概念之于STL实现，是何等重要。是时使然，采用继承机制是别无选择的。尽管如此，Stepanov还是开发出了一个庞大的算法库。与此同时，在与Andrew Koenig（前ISO C++标准化委员会主席）和Bjarne Stroustrup（C++语言的创始人）等顶级大师们的共事过程中，Stepanov开始注意到C/C++语言在实现其泛型思想方面所具有的潜在优势。就拿C/C++中的指针而言，它的灵活与高效运用，使后来的STL在实现泛型化的同时更是保持了高效率。另外，在STL中占据极其重要地位的迭代子概念便是源自于C/C++中原生指针（ native pointer）的抽象；

1988年，Alexander Stepanov开始进入惠普的Palo Alto实验室工作，在随后的4年中，他从事的是有关磁盘驱动器方面的工作。直到1992年，由于参加并主持了实验室主任Bill Worley所建立的一个有关算法的研究项目，才使他重新回到了泛型化算法的研究工作上来。项目自建立之后，参与者从最初的8人逐渐减少，最后只剩下两个人–Stepanove本人和Meng Lee。经过长时间的努力，最终，信念与汗水所换来的是一个包含有大量数据结构和算法部件的庞大运行库。这便是现在的STL的雏形（同时也是STL的一个实现版本–HP STL）；

1993年，当时在贝尔实验室的Andrew Koenig看到了Stepanove的研究成果，很是兴奋。在他的鼓励与帮助下，Stepanove于是年9月的圣何塞为ANSI/ISO C++标准委员会做了一个相关演讲（题为"The Science of C++ Programming"），向委员们讲述了其观念。然后又于次年3月，在圣迭戈会议上，向委员会提交了一份建议书，以期使STL成为C++标准库的一部分。尽管这一建议十分庞大，以至于降低了被通过的可能性，但由于其所包含的新思想，投票结果以压倒多数的意见认为推迟对该建议的决定；

随后，在众人的帮助之下，包括Bjarne Stroustrup在内，Stepanove又对STL进行了改进。同时加入了一个封装内存模式信息的抽象模块，也就是现在STL中的 allocator，它使STL的大部分实现都可以独立于具体的内存模式，从而独立于具体平台。在同年夏季的滑铁卢会议上，委员们以80%赞成，20%反对，最终通过了提案，决定将STL正式纳入C++标准化进程之中，随后STL便被放进了会议的工作文件中。自此，STL终于成为了C++家族中的重要一员；

此后，随着C++标准的不断改进，STL也在不断地作着相应的演化。直至1998年，ANSI/ISO C++标准正式定案，STL始终是C++标准中不可或缺的一大部件；

三、STL 的不同实现版本

STL的不同实现版本：HP STL，P. J. Plauger STL，Rouge Wave STL，SGI STL，STLport；

1、HP 实现版本

HP STL是所有其它STL实现版本的根源。它是STL之父Alexander Stepanov在惠普的Palo Alto实验室工作时，和Meng Lee共同完成的，是第一个STL的实现版本；

2、P. J. Plauger 实现版本

P. J. Plauger STL属于个人作品，由P. J. Plauger本人实现，是HP STL的一个继承版本，因此在其所有头文件中都含有HP STL的相关声明，同时还有P. J. Plauger本人的版权声明。P. J. Plauger是标准C中stdio库的早期实现者，现在是C/C++ User’s Journal的主编，与Microsoft保持着良好的关系。P. J. Plauger STL便是被用于Microsoft的Visual C++中的。在Windows平台下的同类版本中，其性能不错，但是queue组件（队列，一种容器）的效率不理想，同时由于Visual C++对C++语言标准的支持不是很好（至少直到VC6.0为止，还是如此），因此一定程度上影响了P. J. Plauger STL的性能。此外，该版本的源代码可读性较差，你可以在VC的Include子目录下找到所有源文件（比如：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Include）；

3、Rouge Wave 实现版本

Rouge Wave STL是由Rouge Wave公司实现的，也是HP STL的一个继承版本，除了HP STL的相关声明之外，还有Rouge Wave公司的版权声明。同时，它也不是开放源码的，因此无法修改和销售。该版本被Borland C++ Builder所采用，你可以在C++ Builder的Include子目录下找到所有头文件（比如：C:\Program Files\Borland\Cbuilder5\Include）。尽管Rouge Wave STL的性能不是很好，但由于C++ Builder对C++语言标准的支持还算不错，使其表现在一定程度上得以改善。此外，其源代码的可读性较好；

4、SGI 实现版本

SGI STL是由Silicon Graphics Computer System, Inc公司实现的，其设计者和编写者包括Alexander Stepanov和Matt Austern，同样它也是HP STL的一个继承版本。它属于开放源码，因此你可以修改和销售它。SGI STL被GCC（linux下的C++编译器）所采用，你可以在GCC的Include子目录下找到所有头文件（比如：C:\cygnus \cygwin-b20\include\g++\include）。由于GCC对C++语言标准的支持很好，SGI STL在linux平台上的性能相当出色；

四、STL 的作用

Q：为什么需要 STL 库呢？
A：当我们在学习数据结构的时候是不是会经常的写链表、栈、队列等等这样常见的数据结构呢，这些代码使用起来结构都十分相似，只有一些小细节上有所不同，我们可以重复利用已有的实现来完成不同的需求。在STL中几乎提供了所有我们需要的容器，数据结构，算法，可以大大的提升我们代码的复用性。

其他：