标准模板库标准模板库(英語:Standard Template Library,缩写:STL),是一个C++软件库,大量影響了C++标准程序库但並非是其的一部分。其中包含4个组件,分别为算法、容器、函数、迭代器。[1] 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。 歷史标准模板库係由Alexander Stepanov創造於1979年前後,這也正是比雅尼·斯特勞斯特魯普創造C++的年代。 雖然David R. Musser於1971年開始即在計算機幾何領域發展並倡導某些泛型程序設計觀念,但早期並沒有任何程式語言支援泛型程序設計。第一個支援泛型概念的語言是Ada。[來源請求] Alex和Musser曾於1987開發出一套相關的Ada library. 标准模板库設計人Stepanov早期從事教育工作,1970年代研究泛型程序設計,那時他與其同事一起在GE公司開發出一個新的程序語言——Tecton。 1983年,Stepanov先生轉至纽约大学坦登工程学院担任助理教授,繼續研究泛型程序設計,同時寫了許多Scheme的程序,應用在graph與network的演算法上,1985年又轉至GE公司專門教授高階程序設計,並將graph與network的Scheme程式,改用Ada寫,用了Ada以後,他發現到一個動態(dynamically)类型的程序(如Scheme)與強制(strongly)类型的程序(如Ada)有多麼的不同。 在動態类型的程序中,所有类型都可以自由的轉換成別的类型,而強制类型的程序卻不能。但是,強制类型在出錯時較容易發現程序錯誤。 1988年Stepanov先生轉至HP公司執行開發泛型程序庫的工作。此時,他已经认识C語言中指標(pointer)的威力,他表示一個程序员只要有些許硬件知识,就很容易接受C語言中指標的觀念,同時也瞭解到C語言的所有数据結構均可以指標間接表示,這點是C與Ada、Scheme的最大不同。 Stepanov並認為,雖然C++中的繼承功能可以表示泛型設計,但終究有個限制。雖然可以在基礎类型(superclass)定義算法和接口,但不可能要求所有物件皆是繼承這些,而且龐大的繼承體系將減低虛擬(virtual)函數的執行效率,這便違反的前面所說的「效率」原則。 到了C++模板觀念,Stepanov參加了許多有關的研討會,與C++之父比雅尼討論模板的设计細節。如,Stepanov認為C++的函數模板(function template)應該像Ada一樣,在声明其函數原型後,應該显式的声明一个函數模板之实例(instance);比雅尼則不然,他認為可以透過C++的重載(overloading)功能來表達。 Stepanov想像中的函數模板: //in *.hpp
template<class T>
T square(T x) { return x*x; }
//in *.cpp
double square(double);
cout << square(3.3);
int square(int);
cout << square(3);
比雅尼認為的函數模板: //in *.hpp
template<class T>
T square(T x) { return x*x; }
//in *.cpp
cout << square(3.3);
cout << square(3);
幾經爭辯,Stepanov發現比雅尼是對的(參考侯俊傑《标准模板库講座·第三章》)。事後Stepanov回想起來非常同意比雅尼的作法。
事實上,C++的模板,本身即是一套複雜的巨集語言(macro language),巨集語言最大的特色為:所有工作在編譯時期就已完成。显式的声明函數模板之实例,與直接透過C++的多載功能隱式声明,結果一樣,並無很大區別,只是前者加重程序员的負擔,使得程式變得累贅。 1992年Meng Lee加入Alex的專案,成為另一位主要貢獻者。 1992年,HP泛型程序庫計畫結束,小組解散,只剩下Stepanov先生與Meng Lee小姐(她是東方人,标准模板库的英文名稱其實是取STepanov與Lee而來[2]),Lee先前研究的是編譯器的製作,對C++的模板很熟,第一版的标准模板库中許多程式都是Lee的傑作。 1993年,Andy Koenig到斯坦福大学演講,Stepanov便向他介紹标准模板库,Koenig聽後,隨即邀請Stepanov參加1993年11月的ANSI/ISO C++標準化會議,並發表演講。 Bell實驗室的Andrew Koenig於1993年知道标准模板库研究計劃後,邀請Alex於是年11月的ANSI/ISO C++標準委員會會議上展示其觀念。並獲得與會者熱烈的迴應。 1994年1月6日,Koenig寄封電子郵件給Stepanov,表示如果Stepanov願意將标准模板库的說明文件撰寫齊全,在1月25日前提出,便可能成為標準C++的一部份。Stepanov回信道:"Andy, are you crazy?" 。 Koenig便說:"Well, yes I am crazy, but why not try it?"。 Alex於是在次年夏天在滑鐵盧舉行的會議前完成其正式的提案,並以百分之八十壓倒性多數,一舉讓這個巨大的計劃成為C++ Standard的一部份。 标准模板库於1994年2月年正式成為ANSI/ISO C++的一部份,它的出現,促使C++程序员的思維方式更朝向泛型编程(generic program)發展。 內容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)與關聯容器(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[3]:
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。[4]。 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。[5]。 适配器(Adaptor)适配器为一个模板类,用于提供接口映射。[6]。 與C++標準程式庫的差異一個常見的誤解是STL是C++標準程式庫的一部分,但事實上並非如此。例如hash table的資料結構實作在STL中有<hash_map>模板可供調用,但C++標準程式庫一直到C++11才加入了<unordered_map>。參見无序关联容器_(STL)。 参考文献
参见外部連結
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