【C++篇】领会C++标准库：STL

前言

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这篇文章将带着大家简单认识C++标准模版库------->STL

1.STL简介

1.1 什么是STL

标准模版库 STL（Standard Template Library），是 C++ 标准库的一部分，不需要单独安装，只需要#include 头文件。 C++ 对模板（Template）支持得很好，STL 就是借助模板把常用的数据结构及其算法都实现了一遍，并且做到了数据结构和算法的分离。

STL 的主要特点包括：

高效：它为开发者提供了经过优化的数据结构和算法，减少了手动编写和调试复杂代码的工作量。 泛型编程：STL 以模板为基础，可以处理不同的数据类型而无需重复编写相同逻辑。 可复用性强：STL 的组件被广泛应用于各种 C++ 项目中，它让开发者能够以极少的代码实现强大的功能。

1.2 STL历史背景

STL 是由 Alexander Stepanov 和 Meng Lee 在 90 年代初期于惠普实验室开发完成的。它起初是作为一种尝试，为 C++ 引入一种更加通用且高效的方式来处理常见的数据结构和算法。之后，STL 成为了 C++ 标准库的一部分，广泛应用于现代 C++ 编程中。

STL 的开发遵循了以下几项重要原则：

1. 泛型编程：通过模板机制实现与数据类型无关的编程。
2. 算法与数据结构分离：算法和数据结构相互独立，可以互相组合使用。
3. 开放性：用户可以通过模板参数实现定制化的数据结构和算法。

1.3 STL组件

STL 包含以下六大核心组件：

容器（Containers）：提供各种数据结构的实现，如向量（vector）、列表（list）、队列（queue）等。 迭代器（Iterators）：为容器提供一种通用的方式来遍历和操作其中的元素。 算法（Algorithms）：包括常见的排序、查找、修改等操作，如 sort()、find() 等。 函数对象（Function Objects）：允许通过重载 operator() 定义自定义的函数行为。 配接器（Adapters）：对现有的数据结构或算法进行调整，使它们具备新的行为，如 stack、queue 等。 分配器（Allocators）：负责内存的分配与管理，为容器提供灵活的内存管理机制。

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2. STL的版本迭代与演进

2.1不同的版本

原始版本

Alexander Stepanov 、 Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许

任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原

始版本一样做开源使用。 HP 版本 -- 所有 STL 实现版本的始祖。

P. J. 版本

由 P. J. Plauger 开发，继承自 HP 版本，被 Windows Visual C++ 采用，不能公开或修改，缺陷：可读

性比较低，符号命名比较怪异。

RW 版本

由 Rouge Wage 公司开发，继承自 HP 版本，被 C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一

般。

SGI 版本

由 Silicon Graphics Computer Systems ， Inc 公司开发，继承自 HP 版 本。被 GCC(Linux) 采用，可

移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高。 我们后面学习

STL 要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

2.2 STL重要性

• 1. 提供了丰富的数据结构和算法： STL包含了多种通用的数据结构（如向量、链表、队列、栈、集合、映射等）和算法（如排序、搜索、合并、计数等），这些数据结构和算法可以直接在代码中使用，大大降低了开发人员的开发工作量，提高了开发效率。
• 2. 增强了代码的可读性和可维护性： STL中的容器、算法和迭代器等组件提供了一种统一的编程风格，使得代码具有一致的结构和风格，易于理解和维护。

3. 学习STL的原因

3.1 从手动编写到标准化解决方案

在没有 STL 的时代，开发者通常需要自己实现各种常见的数据结构，例如链表、栈、队列等。虽然这些数据结构的逻辑相对简单，但在大型工程或需要高性能和扩展性的项目中，手动实现这些数据结构会带来大量的工作量，甚至可能引入潜在的错误。

3.2 泛型编程的核心

STL 是 C++ 泛型编程思想的经典实现。通过使用模板，STL 实现了类型无关的编程方式，这意味着你可以使用相同的代码处理不同的数据类型，而无需为每个类型重新编写相同的逻辑。例如，std::vector 可以存储int、double、std::string等任意类型的数据，这就是泛型编程的威力。

这种泛型编程方式不仅使代码更加简洁和可复用，还提高了代码的可维护性。我们将在后续的学习中，深入探讨 STL 如何通过模板机制，实现不同类型数据的灵活操作。

3.3 STL 与算法

STL 的另一个强大之处在于它提供了一系列高效的算法。常见的算法如排序、查找、遍历等在 STL 中都有相应的实现。通过使用 STL 提供的这些算法，开发者不仅能够大幅减少自己编写算法的时间，还可以确保使用经过优化的高效算法。

3.4 高效的内存管理

STL 的另一个重要特点是它在容器的实现中，提供了高效的内存管理。比如 std::vector 通过动态扩展容量，在插入大量元素时能够尽可能减少内存的重新分配操作，从而提升性能。

STL 使用的内存管理机制，通常通过分配器——Allocators实现。分配器是 STL 中用于动态分配和释放内存的组件，能够为容器提供灵活的内存管理机制。它使得 STL 的容器在性能和灵活性上都得到了很好的平衡。

4. 学习STL三大阶段

学习 STL 的过程可以分为三个阶段：能用、明理、能扩展。

4.1 能用

这个阶段，要知道这些算法如何使用，例如 sort 用来排序，现在知道且能正确使用就好。

4.2 明理

开发者开始深入理解 STL 容器和算法背后的设计理念和实现原理。理解 STL 中的时间复杂度和空间复杂度。

4.3 能扩展

当你到达这个阶段时，你已经能够在实际项目中根据具体需求对 STL 进行扩展。例如，编写自己的容器，或者定制 STL 的算法。这一阶段通常需要对模板编程有更深刻的理解，并能够根据项目需求灵活调整 STL 的实现。

推荐资源：

1. C++ STL学习指南 - 提供了对 STL 各个部分的详细讲解。
2. STL 官方文档 - 权威的 STL 官方文档，详细介绍了每个容器和算法的使用方法。

5.总结

STL 不仅让你能够快速解决复杂的数据结构和算法问题，还为你提供了通往更高级编程技术的道路。在接下来的学习中，我们将继续探讨 STL 的具体实现和应用。

这篇文章就是一篇介绍性文章，接下来将带着大家进入STL容器-string。

相信通过这篇文章你对C++STL(标准模版库)高级部分的有了初步的了解。如果此篇文章对你学习C++有帮助，期待你的三连，你的支持就是我创作的动力！！！

下一篇文章再会.