C++ STL是什么，发展历程怎样

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在已有 C++ 尤其是 C++ 模板的基础上，从本节开始，我们开始系统地学习 STL 标准模板库，首先来了解什么是 STL，以及学习 STL 有什么用？

STL，英文全称 standard template library，中文可译为标准模板库或者泛型库，其包含有大量的模板类和模板函数，是 C++ 提供的一个基础模板的集合，用于完成诸如输入/输出、数学计算等功能。

STL 最初由惠普实验室开发，于 1998 年被定为国际标准，正式成为 C++ 程序库的重要组成部分。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几十年来算法和数据结构的研究成果，汇集了许多计算机专家学者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模板类，例如 list、vector、set、map 等。

学STL能干什么？
为了让读者清楚地了解 STL 是什么，使用 STL 编程有哪些优势，这里举一个使用 STL 的例子。
能够掌握这种语言体系的改变实际上是非常重要的，如果能够变化所有编程语言的基本框架 我们就能够变化出这种位置上的东西

以 C++ 定义数组的操作为例，在 C++ 中如果定义一个数组，可以采用如下方式：

int a[n];

这种定义数组的方法需要事先确定好数组的长度，即 n 必须为常量，这意味着，如果在实际应用中无法确定数组长度，则一般会将数组长度设为可能的最大值，但这极有可能导致存储空间的浪费。

所以除此之外，还可以采用在堆空间中动态申请内存的方法，此时长度可以是变量：

int *p = new int[n];

这种定义方式可根据变量 n 动态申请内存，不会出现存储空间浪费的问题。但是，如果程序执行过程中出现空间不足的情况时，则需要加大存储空间，此时需要进行如下操作：

• 新申请一个较大的内存空间，即执行int * temp = new int[m];
• 将原内存空间的数据全部复制到新申请的内存空间中，即执行memecpy(temp, p, sizeof(int)*n));
• 将原来的堆空间释放，即执行delete [] p; p = temp;
  

而完成相同的操作，如果采用 STL 标准库，则会简单很多，因为大多数操作细节将不需要程序员关心。下面是使用向量模板类 vector 实现以上功能的示例：

• vector <int> a; //定义 a 数组，当前数组长度为 0，但和普通数组不同的是，此数组 a 可以根据存储数据的数量自动变长。
• //向数组 a 中添加 10 个元素
• for (int i = 0; i < 10 ; i++)
•     a.push_back(i)
• //还可以手动调整数组 a 的大小
• a.resize(100);
• a[90] = 100;
• //还可以直接删除数组 a 中所有的元素，此时 a 的长度变为 0
• a.clear();
• //重新调整 a 的大小为 20，并存储 20 个 -1 元素。
• a.resize(20, -1)
  

注意，初学者只需结合注释，大概了解代码功能即可，有关代码中涉及到具体知识，后续会做详细介绍。

对比以上两种使用数组的方式不难看出，使用 STL 可以更加方便灵活地处理数据。所以，大家只需要系统地学习 STL，便可以集中精力去实现程序的功能，而无需再纠结某些细节如何用代码实现。

Alexander Stepanov（后被誉为 STL 标准模板库之父，后简称 Stepanov），1950 年出生与前苏联的莫斯科，他曾在莫斯科大学研究数学，此后一直致力于计算机语言和泛型库研究。

在 20 世纪 70 年代，Stepanov 开始考虑，在保证效率的前提下，是否能将算法从诸多具体应用之中抽象出来？为了验证自己的思想，他和纽约州立大学教授 Deepak Kapur 以及伦塞里尔技术学院教授 David Musser 共同开发了一种叫做 Tecton 的语言，尽管这次尝试没有取得实用性的成果，但却给了 Stepanov 很大的启示。

在随后的几年中，他又和 David Musser 等人先后用 Schema 语言（一种 Lisp 语言的变种）和 Ada 语言建立了一些大型程序库。Stepanov 逐渐意识到，在当时的面向对象程序设计思想中存在一些问题，比如抽象数据类型概念所存在的缺陷，他希望通过对软件领域中各组成部分的分类，逐渐形成一种软件设计的概念性框架。

1987 年，在贝尔实验室工作的 Stepanov 开始首次采用 C++ 语言进行泛型软件库的研究。由于当时的 C++ 语言还没有引入模板的编程技术，泛型库只能是通过 C++ 的继承机制来开发，代码表达起来非常笨拙。

但尽管如此，Stepanov 还是开发出了一个庞大的算法库。与此同时，在与 Andrew Koenig（前 ISO C++ 标准化委员会主席）和 Bjarne Stroustrup（C++ 语言的创始人）等顶级大师们的共事过程中，Stepanov 开始注意到 C/C++ 语言在实现其泛型思想方面所具有的潜在优势。

就拿 C/C++ 中的指针而言，它的灵活与高效运用使后来的 STL 在实现泛型化的同时更是保持了高效率。另外，在 STL 中占据极其重要地位的迭代器概念便是源自于 C/C++ 中原生指针的一般化推广。

1988 年，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 Stepanov 和 Meng Lee 两个人。经过长时间的努力，最终完成了一个包含有大量数据结构和算法部件的庞大运行库（HP 版本的 C++ STL），这便是现在 STL 的雏形。

1993 年，当时在贝尔实验室的 Andrew Koenig 看到了 Stepanov 的研究成果，在他的鼓励与帮助下，Stepanov 于 1993 年 9 月在圣何塞为 ANSI/ISO C++ 标准委员会做了一个题为“The Science of C++ Programming” 的演讲，向委员们讲述了其观念。然后又于 1994 年 3 月，在圣迭戈会议上向委员会提交了一份建议书，以期将 STL 通用库纳入 C++ 标准。

尽管这一建议十分庞大，以至于降低了被通过的可能性，但其所包含的新思想吸引了许多人的注意力。随后在众人的帮助之下，包括 Bjame Stroustrup 在内，Stepanov 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（内存分配器），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。

最终在 1994 年的滑铁卢会议上，委员们通过了提案，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 C++ 家族中的重要一员。

此后，随者 C++ 标准的不断改进，STL 也在不断地做着相应的演化。直至 1998 年，ANSI/ISO C++ 标准正式定案，STL 始终是 C++ 标准库不可或缺的重要组成部分。