C++标准库，标准程序库，标准模板库之间是什么关系

C++强大的功能来源于其丰富的类库及库函数资源。C++标准库的内容总共在50个标准头文件中定义。在C++开发中，要尽可能地利用标准库完成。这样做的直接好处有： 

（1）成本：已经作为标准提供，何苦再花费时间、人力重新开发呢；

（2）质量：标准库的都是经过严格测试的，正确性有保证；

（3）效率：关于人的效率已经体现在成本中了，关于代码的执行效率要相信实现标准库的大牛们的水平；

（4）良好的编程风格：采用行业中普遍的做法进行开发。

在C++程序设计课程中，尤其是作为第一门程序设计课程，我们注重了语法、语言的机制等方面的内容。程序设计能力的培养有个过程，跨过基本的原理性知识直接进入到工程中的普遍做法，由于跨度决定了其难度。再者，在掌握了基本原理的基础上，在认识标准库的问题上完全可以凭借实践，逐步地掌握。标准库的学习不需要认认真真地读书，需要的是在了解概貌的情况下，在实践中深入。

这个任务就是要知道C++程序设计课程中不讲的，但对程序设计又很重要的这部分内容。至少我们要能先回答出“有什么”的问题。

一、C++标准库

C++标准库的内容分为10类，分别是（建议在阅读中，将你已经用过或听说过的头文件划出来）：

C1. 标准库中与语言支持功能相关的头文件

C2. 支持流输入/输出的头文件

C3. 与诊断功能相关的头文件

C4. 定义工具函数的头文件

C5. 支持字符串处理的头文件

C6. 定义容器类的模板的头文件

C7. 支持迭代器的头文件

C8. 有关算法的头文件

C9. 有关数值 *** 作的头文件

C10. 有关本地化的头文件

C++标准库的所有头文件都没有扩展名。C++标准库以<cname>形式的标准头文件提供。在 <cname>形式标准的头文件中，与宏相关的名称在全局作用域中定义，其他名称在std命名空间中声明。在C++中还可以使用name.h形式的标准C库头文件名。

二、标准模板库STL简介[1]

STL（Standard Template Library，标准模板库)是惠普实验室开发的一系列软件的统称。现然主要出现在C++中，但在被引入C++之前该技术就已经存在了很长的一段时间。

STL的代码从广义上讲分为三类：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），几乎所有的代码都采用了模板类和模版函数的方式，这相比于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。在C++标准中，STL被组织为下面的13个头文件：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack>和<utility>。

1、算法

函数库对数据类型的选择对其可重用性起着至关重要的作用。举例来说，一个求方根的函数，在使用浮点数作为其参数类型的情况下的可重用性肯定比使用整型作为它的参数类性要高。而C++通过模板的机制允许推迟对某些类型的选择，直到真正想使用模板或者说对模板进行特化的时候，STL就利用了这一点提供了相当多的有用算法。它是在一个有效的框架中完成这些算法的——可以将所有的类型划分为少数的几类，然后就可以在模版的参数中使用一种类型替换掉同一种类中的其他类型。

STL提供了大约100个实现算法的模版函数，比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数，stable_sort以你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。这样一来，只要熟悉了STL之后，许多代码可以被大大的化简，只需要通过调用一两个算法模板，就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。

算法部分主要由头文件<algorithm>，<numeric>和<functional>组成。<algorithm>是所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），它是由一大堆模版函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历 *** 作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。<numeric>体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数，包括加法和乘法在序列上的一些 *** 作。<functional>中则定义了一些模板类，用以声明函数对象。

2、容器

在实际的开发过程中，数据结构本身的重要性不会逊于 *** 作于数据结构的算法的重要性，当程序中存在着对时间要求很高的部分时，数据结构的选择就显得更加重要。

经典的数据结构数量有限，但是我们常常重复着一些为了实现向量、链表等结构而编写的代码，这些代码都十分相似，只是为了适应不同数据的变化而在细节上有所出入。STL容器就为我们提供了这样的方便，它允许我们重复利用已有的实现构造自己的特定类型下的数据结构，通过设置一些模版类，STL容器对最常用的数据结构提供了支持，这些模板的参数允许我们指定容器中元素的数据类型，可以将我们许多重复而乏味的工作简化。

容器部分主要由头文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>组成。对于常用的一些容器和容器适配器（可以看作由其它容器实现的容器），可以通过下表总结一下它们和相应头文件的对应关系。

3、迭代器

迭代器从作用上来说是最基本的部分，可是理解起来比前两者都要费力一些。软件设计有一个基本原则，所有的问题都可以通过引进一个间接层来简化，这种简化在STL中就是用迭代器来完成的。概括来说，迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来，起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的，每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器，用以存取容器中的元素。

迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator>和<memory>组成。<utility>是一个很小的头文件，它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明，<iterator>中提供了迭代器使用的许多方法，而对于<memory>的描述则十分的困难，它以不同寻常的方式为容器中的元素分配存储空间，同时也为某些算法执行期间产生的临时对象提供机制,<memory>中的主要部分是模板类allocator，它负责产生所有容器中的默认分配器。

三、后记

对于STL的使用，也普遍存在着两种观点。第一种认为STL的最大作用在于充当经典的数据结构和算法教材，因为它的源代码涉及了许多具体实现方面的问题。第二种则认为STL的初衷乃是为了简化设计，避免重复劳动，提高编程效率，因此应该是“应用至上”的，对于源代码则不必深究。对于初学者而言，通过分析源代码，提高对其应用的理解其意义也不同凡响。

曾经想着设计几个上机题目，让同学们体会一下利用STL编程。写出一个适合初学者的，规模又不能太大，还要有足够引导的题目，实在是一件非常费时费力的事，加上有其他事还得应急，就将此帐欠下，日后再说。要给同学们提的建议是，不少C++的经典教材对STL都有非常好的讲解，可以选一本去读。在读书时，要开始学着挑着读，跳着读，不必从头到尾，逐页去读。在这个阶段，可以首先学习迭代器utility、在C++编程中建议替代数组的vector，以及实现双向链表的list。vector和list与本周任务1和任务2似乎有些相关。再者，发扬我们一贯特别能实践的精神，及时找些题目或者自编题目进行实践。

以下的代码我在xcode上可以运行成功，不如你仔细看看编译器的提示错误是什么，然后研究下，虽然说stl的错误比较难看⋯⋯

#include <iterator>

template<class Container>

class asso_insert_iterator

: public std::iterator<std::output_iterator_tag,void ,void,void,void>

{

protected:

Container&container

public:

explicit asso_insert_iterator(Container&c) : container(c){}

asso_insert_iterator<Container>&operator= (const typename Container::value_type&value)

{

container.insert(value)

return *this

}

asso_insert_iterator<Container>&operator*(){ return *this }

asso_insert_iterator<Container>&operator++ (int)

{

return *this

}

asso_insert_iterator<Container>&operator++ ()//我添加一个前置式++

{

return *this

}

}

template<class Container>

inline asso_insert_iterator<Container>asso_inserter(Container&c)

{

return asso_insert_iterator<Container>(c)

}

//assoiter.cpp

#include <iostream>

#include <set>

#include <algorithm>

using namespace std

int main()

{

set<int>col1

asso_insert_iterator<set<int>>iter(col1)

*iter=1

*iter=2

*iter=3

asso_inserter(col1)=44

asso_inserter(col1)=55

int vals[]={33,67,-4,13,5,2}

copy(vals,vals+(sizeof(vals)/sizeof(vals[0])),asso_inserter(col1))

copy(col1.begin(),col1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "))//我添加一个输出测试，其他没有我添加的代码了

return 0

}

关于STL网上资料还是很多的，以下是对初学者较为好理解的：

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），或者是Borland C++ Builder中的VCL(Visual Component 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。

没有C++语言就没有STL，这么说毫不为过。一般而言，STL作为一个泛 型化的数据结构和算法库，并不牵涉具体语言（当然，在C++里，它被称为STL）。也就是说，如果条件允许，用其他语言也可以实现之。这里所说的条件，主 要是指类似于"模板"这样的语法机制。如果你没有略过前一节内容的话，应该可以看到，Alexander Stepanov在选择C++语言作为实现工具之前，早以采用过多种程序设计语言。但是，为什么最终还是C++幸运的承担了这个历史性任务呢？原因不仅在 于前述那个条件，还在于C++在某些方面所表现出来的优越特性，比如：高效而灵活的指针。但是如果把C++作为一种OOP（Object- Oriented Programming，面向对象程序设计）语言来看待的话（事实上我们一般都是这么认为的，不是吗？），其功能强大的继承机制却没有给STL的实现帮上 多大的忙。在STL的源代码里，并没有太多太复杂的继承关系。继承的思想，甚而面向对象的思想，还不足以实现类似STL这样的泛型库。C++只有在引入了 "模板"之后，才直接导致了STL的诞生。这也正是为什么，用其他比C++更纯的面向对象语言无法实现泛型思想的一个重要原因。当然，事情总是在变化之 中，像Java在这方面，就是一个很好的例子，jdk1.4中已经加入了泛型的特性。

此外，STL对于C++的发展，尤其是模板机制，也起到了促进作用。比如： 模板函数的偏特化（template function partial specialization），它被用于在特定应用场合，为一般模板函数提供一系列特殊化版本。这一特性是继STL被ANSI/ISO C++标准委员会通过之后，在Bjarne和Stepanov共同商讨之下并由Bjarne向委员会提出建议的，最终该项建议被通过。这使得STL中的一 些算法在处理特殊情形时可以选择非一般化的方式，从而保证了执行的效率。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STL还没有降生的"黑暗时代"，C++程序员要完成前面所提到的那些功能，需要做很多事情（不过这比起C程序来，似乎好一点），程序大致是如下这个样子的：

#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 = 0cin >>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 = 0i <ni ++)

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0

int compare(const void *arg1, const void *arg2)

{

return (*(int *)arg1 <*(int *)arg2) ? -1 :

(*(int *)arg1 >*(int *)arg2) ? 1 : 0

}

试着使用一下STL，看看效果如何。

#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 = 0i <num.size()i ++)

cout <<num[i] <<"\n"

}

这个程序的主要部分改用了STL的部件，看起来要比第一个程序简洁一 点，你已经找不到那个讨厌的compare函数了。这个程序是足够健壮的。

下面我们来看看这个绝版的C++程序。

#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"))

}

在这个程序里几乎每行代码都是和STL有关的（除了main和那对花 括号，当然还有注释），并且它包含了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）

推荐资料 <<C++ Templates 中文版>>

《泛型编程与-STL中文版》

《C++ STL 中文版》

《Effective.STL中文版》

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