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标准模板库
标准模板库 标准模板库(,缩写:STL),是一个C++软件库,大量影响了C++标准程序库但并非是其的一部分。其中包含4个组件,分别为算法、容器、函数、迭代器。 模板是C++程序设计语言中的一个重要特征,而标准模板库正是基于此特征。标准模板库使得C++编程语言在有了同Java一样强大的类库的同时,保有了更大的可扩展性。 历史. 标准模板库系由创造于1979年前后,这也正是比雅尼·斯特劳斯特鲁普创造C++的年代。 虽然于1971年开始即在计算机几何领域发展并倡导某些泛型程序设计观念,但早期并没有任何程式语言支援泛型程序设计。#重定向 -{H|zh-cn:重定向;zh-tw:重新导向;}- Alex和Musser曾于1987开发出一套相关的Ada library. 标准模板库设计人Stepanov早期从事教育工作,1970年代研究泛型程序设计,那时他与其同事一起在GE公司开发出一个新的程序语言——Tecton。 1983年,Stepanov先生转至纽约大学坦登工程学院担任助理教授,继续研究泛型程序设计,同时写了许多Scheme的程序,应用在graph与network的演算法上,1985年又转至GE公司专门教授高阶程序设计,并将graph与network的Scheme程式,改用Ada写,用了Ada以后,他发现到一个动态(dynamically)类型的程序(如Scheme)与强制(strongly)类型的程序(如Ada)有多么的不同。 在动态类型的程序中,所有类型都可以自由的转换成别的类型,而强制类型的程序却不能。但是,强制类型在出错时较容易发现程序错误。 1988年Stepanov先生转至HP公司执行开发泛型程序库的工作。此时,他已经认识C语言中指标(pointer)的威力,他表示一个程序员只要有些许硬件知识,就很容易接受C语言中指标的观念,同时也了解到C语言的所有数据结构均可以指标间接表示,这点是C与Ada、Scheme的最大不同。 Stepanov并认为,虽然C++中的继承功能可以表示泛型设计,但终究有个限制。虽然可以在基础类型(superclass)定义算法和接口,但不可能要求所有物件皆是继承这些,而且庞大的继承体系将减低虚拟(virtual)函数的执行效率,这便违反的前面所说的「效率」原则。 到了C++模板观念,Stepanov参加了许多有关的研讨会,与C++之父比雅尼讨论模板的设计细节。如,Stepanov认为C++的函数模板(function template)应该像Ada一样,在声明其函数原型后,应该显式的声明一个函数模板之实例(instance);比雅尼则不然,他认为可以透过C++的重载(overloading)功能来表达。 Stepanov想像中的函数模板: //in *.hpp template //in *.cpp double square(double); cout « square(3.3); int square(int); cout « square(3); 比雅尼认为的函数模板: //in *.hpp template //in *.cpp cout « square(3.3); cout « square(3); 几经争辩,Stepanov发现比雅尼是对的(参考侯俊杰-{zh-cn:《; zh-tw:〈; zh-hk:《;}-标准模板库讲座·第三章-{zh-cn:》; zh-tw:〉; zh-hk:》;}-)。事后Stepanov回想起来非常同意比雅尼的作法。 事实上,C++的模板,本身即是一套复杂的巨集语言(macro language),巨集语言最大的特色为:所有工作在编译时期就已完成。显式的声明函数模板之实例,与直接透过C++的多载功能隐式声明,结果一样,并无很大区别,只是前者加重程序员的负担,使得程式变得累赘。 1992年Meng Lee加入Alex的专案,成为另一位主要贡献者。 1992年,HP泛型程序库计划结束,小组解散,只剩下Stepanov先生与Meng Lee小姐(她是东方人,标准模板库的英文名称其实是取STepanov与Lee而来),Lee先前研究的是编译器的制作,对C++的模板很熟,第一版的标准模板库中许多程式都是Lee的杰作。 1993年,Andy Koenig到-{zh-cn:斯坦福大学; zh-sg:斯坦福大学; zh-tw:史丹佛大学; zh-hk:史丹福大学; zh-mo:史丹福大学}-演讲,Stepanov便向他介绍标准模板库,Koenig听后,随即邀请Stepanov参加1993年11月的ANSI/ISO C++标准化会议,并发表演讲。 Bell实验室的Andrew Koenig于1993年知道标准模板库研究计划后,邀请Alex于是年11月的ANSI/ISO C++标准委员会会议上展示其观念。并获得与会者热烈的回应。 1994年1月6日,Koenig寄封电子邮件给Stepanov,表示如果Stepanov愿意将标准模板库的说明文件撰写齐全,在1月25日前提出,便可能成为标准C++的一部份。Stepanov回信道:"Andy, are you crazy?" 。 Koenig便说:"Well, yes I am crazy, but why not try it?"。 Alex于是在次年夏天在滑铁卢举行的会议前完成其正式的提案,并以百分之八十压倒性多数,一举让这个巨大的计划成为C++ Standard的一部份。 标准模板库于1994年2月年正式成为ANSI/ISO C++的一部份,它的出现,促使C++程序员的思维方式更朝向泛型编程(generic program)发展。 内容. STL 将“在数据上执行的操作”与“要执行操作的数据分开”,分别以如下概念指代: 容器. 标准模板库包含了序列容器(sequence containers)与关联容器(associative containers)。 迭代器. 迭代器是泛化的指针,通过使用迭代器,开发者可以操作数据结构而无需关心其内部实现。根据迭代器的操作方式的不同,迭代器分为五种: 算法. STL提供了一些常见 的算法,如排序和搜索等。这些算法与数据结构的实现进行了分离。因此,也可对自定义的数据结构使用这些算法,只需让这些自定义的数据结构拥有算法所预期的迭代器。。 函数对象. 狭义的函数对象即重载了操作符()的类的实例,而广义来讲所有可用 x(...) 形式调用的 x 都可称为函数对象、或曰可调用对象。。 适配器(Adaptor). 适配器为一个模板类,用于提供接口映射。。 与C++标准程式库的差异. 一个常见的误解是STL是C++标准程式库的一部分,但事实上并非如此。例如hash table的资料结构实作在STL中有模板可供调用,但C++标准程式库一直到C++11才加入了。参见无序关联容器_(STL)。
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