STL和CPP标准函数库

1988年,Alexander Stepanov开始进入惠普的Palo Alto实验室工作,在随后的4年中,他从事的是有关磁盘驱动器方面的工作。直到1992年,由于参加并主持了实验室主任Bill Worley所建立的一个有关算法的研究项目,才使他重新回到了泛型化算法的研究工作上来。项目自建立之后,参与者从最初的8人逐渐减少,最后只剩下两个人--Stepanove本人和Meng Lee。经过长时间的努力,最终,信念与汗水所换来的是一个包含有大量数据结构和算法部件的庞大运行库。这便是现在的STL的雏形(同时也是STL的一个实现版本--HP STL)。

1993年,当时在贝尔实验室的Andrew Koenig看到了Stepanove的研究成果,很是兴奋。在他的鼓励与帮助下,Stepanov于是年9月的圣何塞为ANSI/ISO C 标准委员会做了一个相关演讲(题为"The Science of C Programming"),向委员们讲述了其观念。然后又于次年3月,在圣迭戈会议上,向委员会提交了一份建议书,以期使STL成为C 标准库的一部分。尽管这一建议十分庞大,以至于降低了被通过的可能性,但由于其所包含的新思想,投票结果以压倒多数的意见认为推迟对该建议的决定。

随后,在众人的帮助之下,包括Bjarne Stroustrup在内,Stepanove又对STL进行了改进。同时加入了一个封装内存模式信息的抽象模块,也就是现在STL中的allocator,它使STL的大部分实现都可以独立于具体的内存模式,从而独立于具体平台。在同年夏季的滑铁卢会议上,委员们以80%赞成,20%反对,最终通过了提案,决定将STL正式纳入C++标准化进程之中,随后STL便被放进了会议的工作文件中。自此,STL终于成为了C++ 家族中的重要一员。

此后,随着C++ 标准的不断改进,STL也在不断地作着相应的演化。直至1998年,ANSI/ISO C 标准正式定案,STL始终是C 标准中不可或缺的一大部件。

1.3 千丝万缕的联系

在你了解了STL的过去之后,一些名词开始不断在你的大脑中浮现,STL、C++、C++标准函数库、泛型程序设计、面向对象程序设计……,这些概念意味着什么?他们之间的关系又是什么?如果你想了解某些细节,这里也许有你希望得到的答案。

1.3.1 STL和C++

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(2001)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。

1.3.2 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),而另一套则没有(比如)。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。

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