长久以来,软件界一直希望建立一种可重复利用的东西,以及一种得以制造出”可重复运用的东西”的方法,从函数(functions),类别(classes),函数库(function libraries),类别库(class libraries)、各种组件,从模块化设计,到面向对象(object oriented ),为的就是复用性的提升。
复用性必须建立在某种标准之上。但是在许多环境下,就连软件开发最基本的数据结构(data structures) 和算法(algorithm)都未能有一套标准。大量程序员被迫从事大量重复的工作,竟然是为了完成前人已经完成而自己手上并未拥有的程序代码,这不仅是人力资源的浪费,也是挫折与痛苦的来源。
为了建立数据结构和算法的一套标准,并且降低他们之间的耦合关系,以提升各自的独立性、弹性、交互操作性(相互合作性,interoperability),诞生了STL。
STL基本概念
STL 的一个重要特点是数据结构和算法的分离。
- STL(Standard Template Library,标准模板库)
- STL 从广义上分为: 容器(container) 算法(algorithm) 迭代器(iterator)
- 容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。
- STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数
STL大体分为六大组件,分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器(配接器)、空间配置器。
- 容器:各种数据结构,如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。
- 算法:各种常用的算法,如sort、find、copy、for_each等
- 迭代器:扮演了容器与算法之间的胶合剂。
- 仿函数:行为类似函数,可作为算法的某种策略。
- 适配器:一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
- 空间配置器:负责空间的配置与管理。
STL广义三大组件
容器:置物之所也
- STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来。
- 常用的数据结构:数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等。
- 这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:
序列式容器:强调值的排序,序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
关联式容器:二叉树结构,各元素之间没有严格的物理上的顺序关系 。
算法:问题之解法也
- 有限的步骤,解决逻辑或数学上的问题,这一门学科我们叫做算法(Algorithms)。
- 算法分为:质变算法和非质变算法。
质变算法:是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝,替换,删除等等。
非质变算法:是指运算过程中不会更改区间内的元素内容,例如查找、计数、遍历、寻找极值等等。
迭代器:容器和算法之间粘合剂
- 提供一种方法,使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素,而又无需暴露该容器的内部表示方式。
- 每个容器都有自己专属的迭代器。
- 迭代器使用非常类似于指针,初学阶段我们可以先理解迭代器为指针。
- 迭代器种类:
常用的容器中迭代器种类为双向迭代器,和随机访问迭代器。
STL的优点
STL 具有高可重用性,高性能,高移植性,跨平台的优点。
- 高可重用性:STL 中几乎所有的代码都采用了模板类和模版函数的方式实现,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。
- 高性能:如 map 可以高效地从十万条记录里面查找出指定的记录,因为 map 是采用红黑树的变体实现的。(红黑树是平横二叉树的一种)。
- 高移植性:如在项目 A 上用 STL 编写的模块,可以直接移植到项目 B 上。
- 跨平台:如用 windows 的 VS 编写的代码可以在 MacOS 的 XCode上直接编译。