【C++ 学习 ⑧】- STL 简介

news2025/2/22 23:36:39

一、什么是 STL？

二、STL 的版本

三、STL 的 6 大组件和 13 个头文件

四、学习 STL 的 3 个境界

五、STL 的缺陷

参考资料：

STL教程：C++ STL快速入门（非常详细） (biancheng.net)。

C++ STL是什么，有什么用？ (biancheng.net)。

C++ STL版本有哪些？ (biancheng.net)。

C++ STL基本组成（6大组件+13个头文件） (biancheng.net)。

一、什么是 STL？

STL 是 "Standard Template Library" 的缩写，中文可译为 "标准模板库" 或者 "泛型库"，其包含有大量的类模板和函数模板，是 C++ 提供的一个基础模板的集合。

STL 最初由惠普实验室开发，于 1998 年被认定为国际标准，正式成为 C++标准库的重要组成部分。

值得一提的是，如今 STL 已完全被内置到支持 C++ 的编译器中，无需额外安装，这可能也是 STL 被广泛使用的原因之一。

STL 就位于各个 C++ 的头文件中，即它并非以二进制代码的形式提供，而是以源代码的形式提供。

从根本上来说，STL 是一些容器、算法和其他一些组件的集合，所有容器和算法都是总结了十几年来算法和数据结构的研究成果，汇集了许多计算机专家经验的基础上实现的，因此可以说，STL 基本上达到了各种存储方法和相关算法的高度优化。

注意，这里提到的容器，本质上就是封装有数据结构的类模板，例如 list、vector、set、map 等。

二、STL 的版本

自 1998 年 ANSI/ISO C++ 标准正式定案，C++ STL 规范版本正式通过以后，由于其是开源的，各个 C++ 编译器厂商在此标准的基础上，实现了满足自己需求的 C++ STL 泛型库，主要包括：

HP STL

HP STL 是 Alexandar Stepanov（STL 标准模板库之父）在惠普 Palo Alto 实验室工作时，与 Meng Lee 合作完成的。HP STL 是开放源码的，即任何人都可以免费使用、复制、修改、发布和销售该软件以及相关文档，但前提是必须在相关文档中，加入 HP STL 版本信息和授权信息。

HP STL 是 C++ STL 的第一个实现版本，其他版本的 C++ STL 一般是以 HP STL 为蓝本实现出来的。不过，现在已经很少直接使用此版本的 STL 了。
SGI STL

Stepanov 在离开 HP 之后，就加入到了 SGI 公司，并和 Matt Austern 等人共同开放了 SGI STL。严格意义上来说，它是 HP STL 的一个继承版本。和 HP STL 一样，SGI STL 也是开源的，其源代码的可读性非常好，并且任何人都可以修改和销售它。

注意，SGI STL 只能算是一个 "民间" 版本，因此并不是所有支持 C++ 的编译器都支持 SGI STL，唯一能确定的是，GCC（Linux 下的 C++ 编译器）是支持的，所以 SGI STL 在 Linux 平台上的性能非常出色。
STLport

为了使 SGI STL 的基本代码适用于 VC++ 和 C++ Builder 等多种编译器，俄国人 Boris Fomitchev 建立了一个 free 项目来开发 STLport，此版本 STL 是开放源代码的。
PJ STL

PJ STL（全称 P.J Plauger STL）是由 P.J.Plauger（美国人，1965 年毕业于普林斯顿大学，物理学专业学士）参照 HP STL 实现出来的，也是 HP STL 的一个继承版本，因此该头文件不仅包含 HP STL 的相关授权信息，同时还有 P.J.Plauger 本人的授权信息。

其实 PJ STL 是 P.J.Plauger 公司的产品，尽管该公司当时只有 3 个人。

PJ STL 被 Visual C++ 编译器所采用，但和 PH STL、SGI STL 不同的是，PJ STL 并不是开源的。
Rouge Wave STL

该版本的 STL 是由 Rouge Wave 公司开放的，也是继承 HP STL 的一个版本，它也不是开源的。

Rouge Wave STL 用于 Borland C++ Builder 编译器中，我们可以在 C++ Builder 的 Include 子目录中找到该 STL 的所有头文件。

值得一提的是，尽管 Rouge Wave STL 的性能不是很好，但 C++ Builder 对 C++ 语言标准的支持还算不错，所以一定程度上使 Rouge Wave STL 的表现得以改善。

遗憾的是，由于 Rouge Wave STL 长期没有更新且不完全符合标准，因此 Rouge Wave STL 在 6.0 版本时改用 STLport 版本（之后的版本也都采用了 STLport），不过考虑到和之前版本的兼容，6.0 版本中依旧保留了 Rouge Wave STL。

Rouge Wave 公司在 C++ 程序库领域应该说是大名鼎鼎，对 C++ 标准化的过程出力甚多。不过 Rouge Wave STL 版本不仅更新频率慢，费用还高，基于这两个原因，Borland 在 6.0 版本决定奇用 Rouge Wave STL 而改用 STLport。

三、STL 的 6 大组件和 13 个头文件

通常认为，STL 是由容器、算法、迭代器、函数对象、适配器、内存分配器这 6 个部分构成，其中后面 4 个部分是为前面 2 个部分服务的，它们各自的含义如下表所示：

STL 的组成部分	含义
容器（Containers）	一些封装数据结构的类模板，例如 vector 向量容器、list 列表容器等
算法（Algorithms）	STL 提供了非常多（大约 100 个）的数据结构算法，它们都被设计成一个个的函数模板，这些算法在 std 命名空间中定义，其中大部分算法都包含在头文件 <algorithm> 中，少部分位于头文件 <numeric> 中
迭代器（Iterators）	在 C++ STL 中，对容器中数据的读和写，是通过迭代器完成的，扮演着容器和算法之间的胶合剂
函数对象（Functors）	如果一个类将 () 运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（又称仿函数）
适配器（Adapters）	可以使一个类的接口（模板的参数）适配成用户指定的形式，从而让原本不能在一起工作的两个类工作在一起。值得一提的是，容器、迭代器和函数都有适配器。
内存分配器（Allocators）	为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能，由于往往只有高级用户才有改变内存分配策略的需求，因此内存分配器对于一般用户来说，并不常用。

另外，在惠普实验室最初发行的版本中，STL 被组织成 48 个头文件；但在 C++ 标准中，它们被重新组织为 13 个头文件：

<iteraotr>  <functional>  <vector>  <deque>
<list>  <queue>  <stack>  <set>
<map>  <algorithm>  <numeric>  <memory>
<utility>

按照 C++ 标准库的规定，所有标准头文件都不再有扩展名。以 <vector> 为例，此为无扩展名的形式，而 <vector.h> 为有扩展名的形式。

但是，或许为了向下兼容，或许是为了内部组织规划，某些 STL 版本同时存储具备扩展名和无扩展名的两份文件（例如 Visual C++ 支持的 Dinkumware 版本同时具备 <vector> 和 <vector.h>）；甚至有些 STL 版本同时具有 3 种形式的头文件（例如 SGI 版本同时拥有 <vector>、<vector.h> 和 <stl_vector.h>）；但也有个别的 STL 版本只存在包含扩展名的头文件（例如 C++ Builder 的 Rauge Ware 版本只有 <vector.h>）。

建议读者养成良好的习惯，遵照 C++ 规范，使用无扩展名的头文件。