什么是STL？

Question

我不是 C++ 程序员，很难理解网站上给出的解释。 我不懂容器或迭代器，并且近期没有学习 C++ 的计划。 通俗地说：STL 是什么？它能为我做什么？ 它与 Python 标准库或 glibc 之类的东西相比如何？

Answer 1

要理解 STL，您至少必须了解 C++ 的某些方面。 我会尽力解释它。 该结构看似简单。 该库的亮点在于使用它可以简化许多复杂的任务。 不过，我将坚持使用一些非常简单的示例，一方面是因为其他任何内容都可能会让不懂 C++ 的人感到困惑，另一方面是因为我不想写小说。 ；）

首先，一些历史。 STL（标准模板库）是单独开发的，然后提交给C++标准委员会考虑，让他们可以选择将其采用到语言中。 但它并不是作为 C++ 标准的一部分开发的，因此，它的设计风格与 C++ 标准库的其余部分非常不同。 如果我记得我的古老历史，标准委员会也花了很长时间才理解 STL 并习惯它。 当他们最初看到它时，并不太喜欢它，但一段时间后，他们意识到它有多么强大和设计精良。 因此它被采用到语言中。 这一切都发生在 20 世纪 90 年代末，当时该语言正接近 ISO 标准化。

STL 的核心提供了标准库所期望的最基本的功能：存储数据序列的能力以及处理这些序列的能力。

其他所有语言的标准库中都有 Collections/Containers 部分，其中包含动态数组（Java 中称为数组列表、C# 中称为 List、C++ 中称为向量）、链表、字典和其他常见数据结构的实现。

它们通常还提供一些用于遍历这些结构的机制。 （例如，枚举器或迭代器）

STL 在 C++ 中提供了相同的功能，但以一种异常优雅的方式实现，并且具有一些有趣的抽象。

STL 被干净地分为三个独立的组件：

• 容器（如上所述，每种语言都有这些。数组、ArrayList、字典、集合、LinkedList 等。任何可以存储对象集合的数据结构都是 C++ 中的容器） ）
• 算法（每种语言都以某种形式存在。算法是处理元素序列的函数。）现在，假设序列是一个容器。 这有点简化，但我们会解决这个问题。 算法具有广泛的用途，从允许您将函数应用于序列中每个元素的 for_each() 函数，到适用的相关 transform()对每个元素都有一个函数，并将结果存储到一个单独的序列中（非常类似于函数式语言中的映射操作），或累积（类似于函数式语言中的折叠），还有排序或搜索函数，以及允许您复制整个序列。
• 最后，将容器和算法绑定在一起的粘合剂：迭代器。 正如我上面所说，序列（算法的工作对象）与容器不太一样。 容器中的元素当然构成一个序列，但容器中的前五个元素也是一个序列。 或者容器中的每个其他元素都是一个序列。 直接从文件流读取的数据也可以视为序列。 即使是动态生成的数据（例如斐波那契序列）也可以被视为值序列。 序列不必映射到容器，甚至不必映射到内存中存在的数据，尽管这是最常见的用途。

请注意，这三个区域之间没有重叠。 容器存储（并拥有）数据并生成迭代器。 迭代器允许您检查、修改和遍历数据。 算法在迭代器范围上运行

从概念上讲，迭代器有两个功能。 它指向一些数据，并且可以在序列中移动（根据迭代器类型，可能有不同的移动操作。几乎所有迭代器都可以移动到下一个元素。有些还可以移动到上一个元素，有些可以向后和向前跳跃任意距离）。
如果您熟悉 C，这听起来很像指针，而且这并非巧合。 迭代器被建模为指针的泛化，事实上，指针也是有效的迭代器。 所有 STL 算法都适用于指针以及“真正的”迭代器。

这意味着任何数据序列都可以由一对迭代器表示：第一个迭代器指向序列中的第一个元素，第二个迭代器指向序列末尾的一个元素。

这允许使用相当简单的语法来遍历循环中的序列：

std::vector<int> container;
for (iter it = container.begin(); it != container.end(); ++it)
{
  // perform some operations on the iterator (it) or the element it points to (*it)
  ++(*it); // increment the value the iterator points to
}

或者我们可以对序列应用算法：

std::sort(container.begin(), container.end());

请注意，排序函数不知道也不关心它正在处理向量。 它传递两个迭代器，它们可以是任何类型。 它们可以是指向数组、链表迭代器或任何其他有效迭代器类型的普通指针。

我们可以通过提供我们自己的比较器函数（任何接受两个值并在第一个值严格小于另一个值时返回 true 的函数）来概括排序函数。

// sort in descending order, by passing in a custom comparer which uses greater than instead of less than
bool greater(int lhs, int rhs) { return lhs > rhs; }
std::sort(container.begin(), container.end(), greater);

当然，我们也可以只对向量的前五个元素进行排序：

std::sort(container.begin(), container.begin()+5);

begin() 和 end() 函数只是从容器中获取迭代器的便捷函数。 我们不必直接使用它们。

另一个不错的技巧是流也可以概括为迭代器。 让我们从文件中读取所有整数，并将它们复制到数组（当然，数组是纯 C 类型，因此它们不是适当的容器，也没有迭代器。但指针可以正常工作）

int arr[1024];
std::ifstream file("something.txt");
// (note, this assumes <= 1024 integers are read)
std::copy(std::istream_iterator<int>(file) // create an iterator pointing to the current position in the file stream
        , std::istream_iterator<int>() // and our "end" iterator. When we reach the end of the stream, testing the two iterators for equality will yield true, and so the operation will halt
        , arr);

因此， STL就是它的灵活性和可扩展性。 它与 C 代码干净地互操作（指针是合法的迭代器），它可以简单轻松地扩展（如果您愿意，您可以编写自己的迭代器类型。大多数算法采用比较器的自定义谓词，就像我上面展示的那样，并且也就是说，STL 的三个支柱中的每一个都可以被覆盖或扩展，因此 STL 可以说是一种设计策略，即使您正在使用 STL 代码。而且由于这三个支柱中的每一个都与其他支柱完全分离，因此与大多数其他语言相比，它们可以更容易地交换，在大多数其他语言中，这三个支柱混合在一起并由相同的类共享。
算法不知道它所操作的序列存储在哪个容器（如果有）中。它只知道可以取消引用它所传递的迭代器以访问数据本身。
容器不必支持所有标准算法。 它只需要能够生成一对迭代器，然后所有功能都是免费的。

与 Java 相比，每个集合类都必须实现自己的搜索、自己的排序、自己的一切。 在 C++ 中，我们只需要 find() 的一种实现。 它需要两个迭代器和要查找的值，并遍历序列来查找值。 因此，它适用于任何容器类型，甚至是我自己定义的容器类型。

STL 的另一个显着特征是使用它时性能损失几乎为零。 C++ 模板在编译时全部被替换，生成的代码可以像您在 C 中手动编码所有内容一样积极优化。上面的排序函数会损失一些性能，因为我将函数指针传递给它作为我的自定义比较器，通常不能内联，但是如果我们这样定义它就可以修复：

struct greater {
    bool operator()(int lhs, int rhs) { return lhs > rhs; }
};
std::sort(container.begin(), container.end(), greater());

现在我们不再传递函数指针，而是传递一个对象。 成员函数（例如operator()）可以内联。 因此，这个排序函数将与您在 C 中手动编写的任何函数一样高效。

而且，它甚至不需要为排序函数添加任何复杂性。 事实上，sort 恰好有两个重载。 一种采用比较器函数，另一种则不采用。

排序函数不需要知道它传递的是函数指针还是对象。 只要语法“X(a, b)”有效，其中 X 是作为比较器传递的值，a, b 是要比较的元素，排序函数的相同实现就可以工作。 而且因为我的 greater 对象重载了operator()，所以该语法对于该对象和我们之前传递的函数指针都有效。
通过利用这样的技巧，STL 代码可以免费获得许多功能。 由于 C++ 模板的工作方式，相同的函数实现可以使用非常不同的参数类型。

Answer 2

STL 是标准模板库。 它是 C++ 标准库的子集。

STL 提供有用算法和容器的通用实现。

容器提供了在程序中存储数据，然后对该数据进行查找、排序和执行其他计算的任何简单方法。

Answer 3

标准模板库是在 C++ 标准化之前用 C++ 编写的库。 它包括一些很酷的东西，例如排序算法和容器（以及迭代器，用于使用这些功能）。

C++ 标准库的部分内容在 1998 年标准化时基于STL； 它后来不断发展（通过 2003 年标准，尤其是现在的 C++0x）。

• C++ 标准库由各种编译器供应商（及其朋友）实现，并附带您最喜欢的工具链。
• 您实际上很可能会使用它：STL 现在几乎已经过时了。

_{请注意，许多程序员（包括一些多产的书籍作者）出于习惯，仍然使用术语“STL”来指代 C++ 标准库（或最初基于 STL 的部分），尽管这是不正确的。 只要您意识到技术区别，就应该没问题。}

希望这会有所帮助。

Answer 4

如果您不是 C++ 程序员，那么标准模板库的实现对您来说毫无价值。 然而，这些想法超越了任何编程语言。

它是一个数据结构库（例如地图、列表、向量等）。 它包括抽象遍历这些数据结构的迭代器以及对其进行操作的算法。 其他语言也使用这些想法，因此如果您学习一种语言，它们在其他语言中也会很熟悉。

Answer 5

STL 是标准模板库。 它是您可以使用的函数和类库。 它具有基础计算机科学的许多基本算法和数据结构。 如果您打算继续使用 C++，您应该计划学习这个或另一个资源库。

该代码被世界各地的许多人使用，因此您可以放心，该代码经过了良好的测试并且众所周知。

Answer 6

它是一个使某些事情变得更容易的库，例如字符串操作、向量、链接列表等。STL 可以让您不必编写一些较低级别的代码，让您更加专注于应用程序代码。