STL编程

一、STL的概念

STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个具有工业强度的，高效的C++程序库。它被容纳于C++标准程序库（C++ Standard Library）中，是ANSI/ISO C++标准中最新的也是极具革命性的一部分。该库包含了诸多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性。这种现象有些类似于Microsoft Visual C++中的MFC（Microsoft Foundation Class Library）。

从逻辑层次来看，在STL中体现了泛型化程序设计的思想（generic programming），引入了诸多新的名词，比如像需求（requirements），概念（concept），模型（model），容器（container），算法（algorithmn），迭代子（iterator）等。与OOP（object-oriented programming）中的多态（polymorphism）一样，泛型也是一种软件的复用技术。

　　从实现层次看，整个STL是以一种类型参数化（type parameterized）的方式实现的，这种方式基于一个在早先C++标准中没有出现的语言特性--模板（template）。如果查阅任何一个版本的STL源代码，你就会发现，模板作为构成整个STL的基石是一件千真万确的事情。除此之外，还有许多C++的新特性为STL的实现提供了方便。

二、STL和C++标准函数库
STL是最新的C++标准函数库中的一个子集，这个庞大的子集占据了整个库的大约80%的分量。而作为在实现STL过程中扮演关键角色的模板则充斥了几乎整个C++标准函数库。在这里，我们有必要看一看C++标准函数库里包含了哪些内容，其中又有哪些是属于标准模板库（即STL）的。
　　C++标准函数库为C++程序员们提供了一个可扩展的基础性框架。我们从中可以获得极大的便利，同时也可以通过继承现有类，自己编制符合接口规范的容器、算法、迭代子等方式对之进行扩展。它大致包含了如下几个组件：
　　C标准函数库，基本保持了与原有C语言程序库的良好兼容，尽管有些微变化。人们总会忍不住留恋过去的美好岁月，如果你曾经是一个C程序员，对这一点一定体会颇深。或许有一点会让你觉得奇怪，那就是在C++标准库中存在两套C的函数库，一套是带有.h扩展名的（比如<stdio.h>），而另一套则没有（比如<cstdio>）。它们确实没有太大的不同。
　　语言支持（language support）部分，包含了一些标准类型的定义以及其他特性的定义，这些内容，被用于标准库的其他地方或是具体的应用程序中。
　　诊断（diagnostics）部分，提供了用于程序诊断和报错的功能，包含了异常处理（exception handling），断言（assertions），错误代码（error number codes）三种方式。
　　通用工具（general utilities）部分，这部分内容为C++标准库的其他部分提供支持，当然你也可以在自己的程序中调用相应功能。比如：动态内存管理工具，日期/时间处理工具。记住，这里的内容也已经被泛化了（即采用了模板机制）。
　　字符串（string）部分，用来代表和处理文本。它提供了足够丰富的功能。事实上，文本是一个string对象，它可以被看作是一个字符序列，字符类型可能是char，或者wchar_t等等。string可以被转换成char*类型，这样便可以和以前所写的C/C++代码和平共处了。因为那时侯除了char*，没有别的。
　　国际化（internationalization）部分，作为OOP特性之一的封装机制在这里扮演着消除文化和地域差异的角色，采用locale和facet可以为程序提供众多国际化支持，包括对各种字符集的支持，日期和时间的表示，数值和货币的处理等等。毕竟，在中国和在美国，人们表示日期的习惯是不同的。
　　容器（containers）部分，STL的一个重要组成部分，涵盖了许多数据结构，比如前面曾经提到的链表，还有：vector（类似于大小可动态增加的数组）、queue（队列）、stack（堆栈）……。string也可以看作是一个容器，适用于容器的方法同样也适用于string。现在你可以轻松的完成数据结构课程的家庭作业了。
　　算法（algorithms）部分，STL的一个重要组成部分，包含了大约70个通用算法，用于操控各种容器，同时也可以操控内建数组。比如：find用于在容器中查找等于某个特定值的元素，for_each用于将某个函数应用到容器中的各个元素上，sort用于对容器中的元素排序。所有这些操作都是在保证执行效率的前提下进行的，所以，如果在你使用了这些算法之后程序变得效率底下，首先一定不要怀疑这些算法本身，仔细检查一下程序的其他地方。
　　迭代器（iterators）部分，STL的一个重要组成部分，如果没有迭代器的撮合，容器和算法便无法结合的如此完美。事实上，每个容器都有自己的迭代器，只有容器自己才知道如何访问自己的元素。它有点像指针，算法通过迭代器来定位和操控容器中的元素。
　　数值（numerics）部分，包含了一些数学运算功能，提供了复数运算的支持。
　　输入/输出（input/output）部分，就是经过模板化了的原有标准库中的iostream部分，它提供了对C++程序输入输出的基本支持。在功能上保持了与原有iostream的兼容，并且增加了异常处理的机制，并支持国际化（internationalization）。
　　总体上，在C++标准函数库中，STL主要包含了容器、算法、迭代器。string也可以算做是STL的一部分。

                     

三、STL程序示例

程序要求：输入若干个整数，排序后并输出。

1. 程序1：

// name:example2_1.cpp// alias:Rubish#include <stdlib.h>#include <iostream.h>int compare(const void *arg1, const void *arg2);void main(void){const int max_size = 10;// 数组允许元素的最大个数int num[max_size];// 整型数组// 从标准输入设备读入整数，同时累计输入个数，// 直到输入的是非整型数据为止int n;for (n = 0; cin >> num[n]; n ++);// C标准库中的快速排序（quick-sort）函数qsort(num, n, sizeof(int), compare);// 将排序结果输出到标准输出设备for (int i = 0; i < n; i ++)cout << num[i] << "\n";}// 比较两个数的大小，// 如果*(int *)arg1比*(int *)arg2小，则返回-1// 如果*(int *)arg1比*(int *)arg2大，则返回1// 如果*(int *)arg1等于*(int *)arg2，则返回0int compare(const void *arg1, const void *arg2){return(*(int *)arg1 < *(int *)arg2) ? -1 :(*(int *)arg1 > *(int *)arg2) ? 1 : 0;}

程序1完全使用的是传统的C++风格，没有使用STL，但是有一点不足之处就是输入的整数个数受max_size的限制，程序缺乏健壮性。你可以利用动态分配内存的方法，那样程序会随之变得复杂，失去其简洁性。

2. 程序2：

// name:example2_2.cpp// alias:The first STL program#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>using namespace std;void main(void){vector<int> num;// STL中的vector容器int element;// 从标准输入设备读入整数， // 直到输入的是非整型数据为止while (cin >> element)num.push_back(element);// STL中的排序算法sort(num.begin(), num.end());// 将排序结果输出到标准输出设备for (int i = 0; i < num.size(); i ++)cout << num[i] << "\n";}

程序2中使用了STL的一个标准容器vector，vector是一个可以动态调整大小的容器，push_back()是vector的一个类属成员函数，用来在容器尾端插入一个元素。sort是STL中的标准算法，用来对容器中的元素进行排序。

3. 程序3：

// name:example2_3.cpp// alias:aesthetic version#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>#include <iterator>using namespace std;void main(void){typedef vector<int>int_vector;typedef istream_iterator<int>istream_itr;typedef ostream_iterator<int>ostream_itr;typedef back_insert_iterator< int_vector >back_ins_itr;// STL中的vector容器int_vector num;// 从标准输入设备读入整数，  直到输入的是非整型数据为止copy(istream_itr(cin), istream_itr(), back_ins_itr(num));// STL中的排序算法sort(num.begin(), num.end());// 将排序结果输出到标准输出设备copy(num.begin(), num.end(), ostream_itr(cout, "\n"));}

程序3包含了STL中几乎所有的各大部件（容器container，迭代器iterator, 算法algorithm, 适配器adaptor），唯一的遗憾是少了函数对象（functor）的身影。