【C++ 学习 ⑧】- STL 简介

目录

一、什么是 STL？

二、STL 的版本

三、STL 的 6 大组件和 13 个头文件

四、学习 STL 的 3 个境界

五、STL 的缺陷

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参考资料：

1. STL教程：C++ STL快速入门（非常详细） (biancheng.net)。

2. C++ STL是什么，有什么用？ (biancheng.net)。

3. C++ STL版本有哪些？ (biancheng.net)。

4. C++ STL基本组成（6大组件+13个头文件） (biancheng.net)。  

 

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一、什么是 STL？

STL 是 "Standard Template Library" 的缩写，中文可译为 "标准模板库" 或者 "泛型库"，其包含有大量的类模板和函数模板，是 C++ 提供的一个基础模板的集合。

STL 最初由惠普实验室开发，于 1998 年被认定为国际标准，正式成为 C++标准库的重要组成部分。

值得一提的是，如今 STL 已完全被内置到支持 C++ 的编译器中，无需额外安装，这可能也是 STL 被广泛使用的原因之一。

STL 就位于各个 C++ 的头文件中，即它并非以二进制代码的形式提供，而是以源代码的形式提供。

从根本上来说，STL 是一些容器、算法和其他一些组件的集合，所有容器和算法都是总结了十几年来算法和数据结构的研究成果，汇集了许多计算机专家经验的基础上实现的，因此可以说，STL 基本上达到了各种存储方法和相关算法的高度优化。

注意，这里提到的容器，本质上就是封装有数据结构的类模板，例如 list、vector、set、map 等。

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二、STL 的版本

自 1998 年 ANSI/ISO C++ 标准正式定案，C++ STL 规范版本正式通过以后，由于其是开源的，各个 C++ 编译器厂商在此标准的基础上，实现了满足自己需求的 C++ STL 泛型库，主要包括：

• HP STL

  HP STL 是 Alexandar Stepanov（STL 标准模板库之父）在惠普 Palo Alto 实验室工作时，与 Meng Lee 合作完成的。HP STL 是开放源码的，即任何人都可以免费使用、复制、修改、发布和销售该软件以及相关文档，但前提是必须在相关文档中，加入 HP STL 版本信息和授权信息。

  HP STL 是 C++ STL 的第一个实现版本，其他版本的 C++ STL 一般是以 HP STL 为蓝本实现出来的。不过，现在已经很少直接使用此版本的 STL 了。

• SGI STL

  Stepanov 在离开 HP 之后，就加入到了 SGI 公司，并和 Matt Austern 等人共同开放了 SGI STL。严格意义上来说，它是 HP STL 的一个继承版本。和 HP STL 一样，SGI STL 也是开源的，其源代码的可读性非常好，并且任何人都可以修改和销售它。

  注意，SGI STL 只能算是一个 "民间" 版本，因此并不是所有支持 C++ 的编译器都支持 SGI STL，唯一能确定的是，GCC（Linux 下的 C++ 编译器）是支持的，所以 SGI STL 在 Linux 平台上的性能非常出色。

• STLport

  为了使 SGI STL 的基本代码适用于 VC++ 和 C++ Builder 等多种编译器，俄国人 Boris Fomitchev 建立了一个 free 项目来开发 STLport，此版本 STL 是开放源代码的。

• PJ STL

  PJ STL（全称 P.J Plauger STL）是由 P.J.Plauger（美国人，1965 年毕业于普林斯顿大学，物理学专业学士）参照 HP STL 实现出来的，也是 HP STL 的一个继承版本，因此该头文件不仅包含 HP STL 的相关授权信息，同时还有 P.J.Plauger 本人的授权信息。

  其实 PJ STL 是 P.J.Plauger 公司的产品，尽管该公司当时只有 3 个人。

  PJ STL 被 Visual C++ 编译器所采用，但和 PH STL、SGI STL 不同的是，PJ STL 并不是开源的。

• Rouge Wave STL

  该版本的 STL 是由 Rouge Wave 公司开放的，也是继承 HP STL 的一个版本，它也不是开源的。

  Rouge Wave STL 用于 Borland C++ Builder 编译器中，我们可以在 C++ Builder 的 Include 子目录中找到该 STL 的所有头文件。

  值得一提的是，尽管 Rouge Wave STL 的性能不是很好，但 C++ Builder 对 C++ 语言标准的支持还算不错，所以一定程度上使 Rouge Wave STL 的表现得以改善。

  遗憾的是，由于 Rouge Wave STL 长期没有更新且不完全符合标准，因此 Rouge Wave STL 在 6.0 版本时改用 STLport 版本（之后的版本也都采用了 STLport），不过考虑到和之前版本的兼容，6.0 版本中依旧保留了 Rouge Wave STL。

  Rouge Wave 公司在 C++ 程序库领域应该说是大名鼎鼎，对 C++ 标准化的过程出力甚多。不过 Rouge Wave STL 版本不仅更新频率慢，费用还高，基于这两个原因，Borland 在 6.0 版本决定奇用 Rouge Wave STL 而改用 STLport。

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三、STL 的 6 大组件和 13 个头文件

通常认为，STL 是由容器、算法、迭代器、函数对象、适配器、内存分配器这 6 个部分构成，其中后面 4 个部分是为前面 2 个部分服务的，它们各自的含义如下表所示：

STL 的组成部分	含义
容器（Containers）	一些封装数据结构的类模板，例如 vector 向量容器、list 列表容器等
算法（Algorithms）	STL 提供了非常多（大约 100 个）的数据结构算法，它们都被设计成一个个的函数模板，这些算法在 std 命名空间中定义，其中大部分算法都包含在头文件 <algorithm> 中，少部分位于头文件 <numeric> 中
迭代器（Iterators）	在 C++ STL 中，对容器中数据的读和写，是通过迭代器完成的，扮演着容器和算法之间的胶合剂
函数对象（Functors）	如果一个类将 () 运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（又称仿函数）
适配器（Adapters）	可以使一个类的接口（模板的参数）适配成用户指定的形式，从而让原本不能在一起工作的两个类工作在一起。值得一提的是，容器、迭代器和函数都有适配器。
内存分配器（Allocators）	为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能，由于往往只有高级用户才有改变内存分配策略的需求，因此内存分配器对于一般用户来说，并不常用。

另外，在惠普实验室最初发行的版本中，STL 被组织成 48 个头文件；但在 C++ 标准中，它们被重新组织为 13 个头文件：

<iteraotr>  <functional>  <vector>  <deque>
<list>  <queue>  <stack>  <set>
<map>  <algorithm>  <numeric>  <memory>
<utility>

按照 C++ 标准库的规定，所有标准头文件都不再有扩展名。以 <vector> 为例，此为无扩展名的形式，而 <vector.h> 为有扩展名的形式。

但是，或许为了向下兼容，或许是为了内部组织规划，某些 STL 版本同时存储具备扩展名和无扩展名的两份文件（例如 Visual C++ 支持的 Dinkumware 版本同时具备 <vector> 和 <vector.h>）；甚至有些 STL 版本同时具有 3 种形式的头文件（例如 SGI 版本同时拥有 <vector>、<vector.h> 和 <stl_vector.h>）；但也有个别的 STL 版本只存在包含扩展名的头文件（例如 C++ Builder 的 Rauge Ware 版本只有 <vector.h>）。

建议读者养成良好的习惯，遵照 C++ 规范，使用无扩展名的头文件。

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四、学习 STL 的 3 个境界

简单总结一下，学习 STL 的 3 个境界分别为：能用、明理、能扩展。

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五、STL 的缺陷

1. STL 库的更新太慢了。上一版靠谱的是 C++98，中间的 C++03 基本是一些修订，C++11 出来已经相隔 13 年了，STL 才进一步更新。

2. STL 现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁，且锁的粒度是比较大的。

3. STL 极度地追求效率，导致内部比较复杂，比如类型萃取、迭代器萃取。

4. STL 的使用会有代码膨胀的问题，当然这是模板语法本身导致的。