一、STL簡介

STL（Standard Template Library，標(biāo)準(zhǔn)模板庫)是惠普實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一系列軟件的統(tǒng)稱。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普實(shí)驗(yàn)室工作時所開發(fā)出來的。現(xiàn)在雖說它主要出現(xiàn)在C++中，但在被引入C++之前該技術(shù)就已經(jīng)存在了很長的一段時間。

STL的代碼從廣義上講分為三類：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），幾乎所有的代碼都采用了模板類和模版函數(shù)的方式，這相比于傳統(tǒng)的由函數(shù)和類組成的庫來說提供了更好的代碼重用機(jī)會。在C++標(biāo)準(zhǔn)中，STL被組織為下面的13個頭文件：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack>和<utility>。以下筆者就簡單介紹一下STL各個部分的主要特點(diǎn)。

二、算法

大家都能取得的一個共識是函數(shù)庫對數(shù)據(jù)類型的選擇對其可重用性起著至關(guān)重要的作用。舉例來說，一個求方根的函數(shù)，在使用浮點(diǎn)數(shù)作為其參數(shù)類型的情況下的可重用性肯定比使用整型作為它的參數(shù)類性要高。而C++通過模板的機(jī)制允許推遲對某些類型的選擇，直到真正想使用模板或者說對模板進(jìn)行特化的時候，STL就利用了這一點(diǎn)提供了相當(dāng)多的有用算法。它是在一個有效的框架中完成這些算法的——你可以將所有的類型劃分為少數(shù)的幾類，然后就可以在模版的參數(shù)中使用一種類型替換掉同一種類中的其他類型。

STL提供了大約100個實(shí)現(xiàn)算法的模版函數(shù)，比如算法for_each將為指定序列中的每一個元素調(diào)用指定的函數(shù)，stable_sort以你所指定的規(guī)則對序列進(jìn)行穩(wěn)定性排序等等。這樣一來，只要我們熟悉了STL之后，許多代碼可以被大大的化簡，只需要通過調(diào)用一兩個算法模板，就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。

算法部分主要由頭文件<algorithm>，<numeric>和<functional>組成。<algorithm>是所有STL頭文件中最大的一個（盡管它很好理解），它是由一大堆模版函數(shù)組成的，可以認(rèn)為每個函數(shù)在很大程度上都是獨(dú)立的，其中常用到的功能范圍涉及到比較、交換、查找、遍歷操作、復(fù)制、修改、移除、反轉(zhuǎn)、排序、合并等等。<numeric>體積很小，只包括幾個在序列上面進(jìn)行簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算的模板函數(shù)，包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中則定義了一些模板類，用以聲明函數(shù)對象。

三、容器

在實(shí)際的開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的重要性不會遜于操作于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法的重要性，當(dāng)程序中存在著對時間要求很高的部分時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇就顯得更加重要。

經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)量有限，但是我們常常重復(fù)著一些為了實(shí)現(xiàn)向量、鏈表等結(jié)構(gòu)而編寫的代碼，這些代碼都十分相似，只是為了適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的變化而在細(xì)節(jié)上有所出入。STL容器就為我們提供了這樣的方便，它允許我們重復(fù)利用已有的實(shí)現(xiàn)構(gòu)造自己的特定類型下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置一些模版類，STL容器對最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了支持，這些模板的參數(shù)允許我們指定容器中元素的數(shù)據(jù)類型，可以將我們許多重復(fù)而乏味的工作簡化。

容器部分主要由頭文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>組成。對于常用的一些容器和容器適配器（可以看作由其它容器實(shí)現(xiàn)的容器），可以通過下表總結(jié)一下它們和相應(yīng)頭文件的對應(yīng)關(guān)系。

四、迭代器

下面要說的迭代器從作用上來說是最基本的部分，可是理解起來比前兩者都要費(fèi)力一些（至少筆者是這樣）。軟件設(shè)計有一個基本原則，所有的問題都可以通過引進(jìn)一個間接層來簡化，這種簡化在STL中就是用迭代器來完成的。概括來說，迭代器在STL中用來將算法和容器聯(lián)系起來，起著一種黏和劑的作用。幾乎STL提供的所有算法都是通過迭代器存取元素序列進(jìn)行工作的，每一個容器都定義了其本身所專有的迭代器，用以存取容器中的元素。

迭代器部分主要由頭文件<utility>,<iterator>和<memory>組成。<utility>是一個很小的頭文件，它包括了貫穿使用在STL中的幾個模板的聲明，<iterator>中提供了迭代器使用的許多方法，而對于<memory>的描述則十分的困難，它以不同尋常的方式為容器中的元素分配存儲空間，同時也為某些算法執(zhí)行期間產(chǎn)生的臨時對象提供機(jī)制,<memory>中的主要部分是模板類allocator，它負(fù)責(zé)產(chǎn)生所有容器中的默認(rèn)分配器。

五、對初學(xué)者學(xué)習(xí)STL的一點(diǎn)建議

對于之前不太了解STL的讀者來說，上面的文字只是十分概括地描述了一下STL的框架，對您理解STL的機(jī)制乃至使用STL所起到的幫助微乎甚微，這不光是因?yàn)樯钊隨TL需要對C++的高級應(yīng)用有比較全面的了解，更因?yàn)镾TL的三個部分算法、容器和迭代器三部分是互相牽制或者說是緊密結(jié)合的。從概念上講最基礎(chǔ)的部分是迭代器，可是直接學(xué)習(xí)迭代器會遇到許多抽象枯燥和繁瑣的細(xì)節(jié)，然而不真正理解迭代器又是無法直接進(jìn)入另兩部分的學(xué)習(xí)的（至少對剖析源碼來說是這樣）。可以說，適應(yīng)STL處理問題的方法是需要花費(fèi)一定的時間的，但是以此為代價，STL取得了一種十分可貴的獨(dú)立性，它通過迭代器能在盡可能少地知道某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下完成對這一結(jié)構(gòu)的運(yùn)算，所以下決心鉆研STL的朋友們千萬不要被一時的困難擊倒。其實(shí)STL運(yùn)用的模式相對統(tǒng)一，只要適應(yīng)了它，從一個STL工具到另一個工具，都不會有什么大的變化。

對于STL的使用，也普遍存在著兩種觀點(diǎn)。第一種認(rèn)為STL的最大作用在于充當(dāng)經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法教材，因?yàn)樗脑创a涉及了許多具體實(shí)現(xiàn)方面的問題。第二種則認(rèn)為STL的初衷乃是為了簡化設(shè)計，避免重復(fù)勞動，提高編程效率，因此應(yīng)該是“應(yīng)用至上”的，對于源代碼則不必深究。筆者則認(rèn)為分析源代碼和應(yīng)用并不矛盾，通過分析源代碼也能提高我們對其應(yīng)用的理解，當(dāng)然根據(jù)具體的目的也可以有不同的側(cè)重。

最后要說的是，STL是ANSI/ISO C++標(biāo)準(zhǔn)的一部分，所以對于一個可以有多種C++實(shí)現(xiàn)的過程，首先考慮的應(yīng)該是STL提供的模板（高效且可移植性好），其次才是各個廠商各自相應(yīng)的庫（高效但可移植性不好）以及自己去編寫代碼（可移植性好但低效）。