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[技术交流] 000系列3:STL与泛型编程

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发表于 2018-2-6 14:35:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 Messj 于 2018-2-13 16:39 编辑

本文部分转载百度百科关于STL(https://baike.baidu.com/item/STL/70103?fr=aladdin)

本文分两部分——STL与泛型编程,STL的出现促使C++程序员的思维方式更朝向泛型编程发展。1L STL;2L 泛型编程


一 &STL

STL是Standard Template Library的简称,中文名标准模板库。从根本上说,STL是一些“容器”的集合,这些“容器”有list,vector,set,map等,STL也是算法和其他一些组件的集合。这里的“容器”和算法的集合指的是世界上很多聪明人很多年的杰作。STL的目的是标准化组件,这样就不用重新开发,可以使用现成的组件。
在C++标准中,STL被组织为下面的17个头文件:<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<array>、<vector>、<list>、<forward_list>、<map>、<unordered_map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<unordered_set>、<stack>和<utility>。

STL可分为容器(containers)、迭代器(iterators)、空间配置器(allocator)、配接器(adapters)、算法(algorithms)、仿函数(functors)六个部分。

二 &容器

在实际的开发过程中,数据结构本身的重要性不会逊于操作于数据结构的算法的重要性,当程序中存在着对时间要求很高的部分时,数据结构的选择就显得更加重要。
经典的数据结构数量有限,但是我们常常重复着一些为了实现向量、链表等结构而编写的代码,这些代码都十分相似,只是为了适应不同数据的变化而在细节上有所出入。STL容器就为我们提供了这样的方便,它允许我们重复利用已有的实现构造自己的特定类型下的数据结构,通过设置一些模板类,STL容器对最常用的数据结构提供了支持,这些模板的参数允许我们指定容器中元素的数据类型,可以将我们许多重复而乏味的工作简化。
容器部分主要由头文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>组成。对于常用的一些容器和容器适配器(可以看作由其它容器实现的容器),可以通过下表总结一下它们和相应头文件的对应关系。

三 &迭代器

软件设计有一个基本原则,所有的问题都可以通过引进一个间接层来简化,这种简化在STL中就是用迭代器来完成的。概括来说,迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来,起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的,每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器,用以存取容器中的元素。
迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator>和<memory>组成。<utility>是一个很小的头文件,它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明,<iterator>中提供了迭代器使用的许多方法,而对于<memory>的描述则十分的困难,它以不同寻常的方式为容器中的元素分配存储空间,同时也为某些算法执行期间产生的临时对象提供机制,<memory>中的主要部分是模板类allocator,它负责产生所有容器中的默认分配器。

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 楼主| 发表于 2018-2-6 14:39:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 Messj 于 2018-2-6 14:52 编辑

一 &泛型编程

泛型编程(Generic Programming)最初提出时的动机很简单直接:发明一种语言机制,能够帮助实现一个通用的标准容器库。所谓通用的标准容器库,就是要能够做到,比如用一个List类存放所有可能类型的对象这样的事;泛型编程让你编写完全一般化并可重复使用的算法,其效率与针对某特定数据类型而设计的算法相同。泛型即是指具有在多种数据类型上皆可操作的含义,与模板有些相似。STL巨大,而且可以扩充,它包含很多计算机基本算法和数据结构,而且将算法与数据结构完全分离,其中算法是泛型的,不与任何特定数据结构或对象类型系在一起。所谓通用的标准容器库,就是要能够做到,比如用一个List类存放所有可能类型的对象,;熟悉一些其它面向对象的语言的人应该知道,如Java里面这是通过在List里面存放Object引用来实现的。

二 &JAVA单根继承

在OOP中,自C++面世以来就已变得非常瞩目的一个问题就是,是否所有的类最终都继承自单一的基类。在Java中(事实上还包括除C++以外的所有OOP语言),答案是yes,这个终极基类的名字就是Object。事实证明,单根继承结构带来了很多好处。在单根继承结构中的所有对象都具有一个共用接口,所以它们归根到底都是相同的基本类型。而(C++所提供的)结构是无法确保所有对象都属于同一个基本类型。从向后兼容的角度看,这么做能够更好地适应C模型,而且受限较少,但是当要进行完全的面向对象程序设计时,则必须构建自己的继承体系,使得它可以提供其他OOP语言内置的便利。

三 &C++泛型编程

泛型编程最初诞生于C++中,由Alexander Stepanov和David Musser创立。目的是为了实现C++的STL(标准模板库)。其语言支持机制就是模板(Templates)。模板的精神其实很简单:参数化类型。换句话说,把一个原本特定于某个类型的算法或类当中的类型信息抽掉,抽出来做成模板参数T。
通过操作符重载,C++允许了自定义类型具有跟内建类型同样的使用接口;又通过模板这样的参数化类型机制,C++允许了一个算法或类定义,能够利用这样的接口一致性来对自身进行泛化。例如,一个原本操作内建指针的算法,被泛化为操纵一切迭代器的算法。一个原本使用内建函数指针的算法,被泛化为能够接受一切重载了函数调用操作符(operator())的类对象的算法。

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