C++ STL体系结构、编程方法及存在的问题

10448236 李健

一、STL概述

1.1 C++标准库

高级程序设计语言希望尽可能减少程序员的重复工作，因此提供了各种抽象机制降低程序复杂性。在程序设计实践中积累了许多经验和代码，充分利用这些经验和代码是降低程序复杂性的有效途径。程序设计语言必须提供代码重用的机制。一般而言有源代码级别的重用和二进制代码级别的重用两种机制，源代码级别的重用非常简单，只需要将源代码一起编译即可。但是许多时候源代码丢失或者厂商不愿意公开源代码，只有二进制代码可用，此时程序设计语言应该提供重用二进制代码的机制。许多程序设计语言提供了标准库和相应的库管理机制，通过标准库用户可以使用常用的算法和数据结构，通过库管理机制用户可以使用第三方的库，从而扩充标准库。

现代编程语言倾向于将程序设计语言理解为程序设计环境。除了核心的语言成分外，还包括编程实践中经常用到的算法和数据结构，作为核心语言的支持。例如Java规范中就明确提到语言提供的标准库java.lang.*将自动加载，C语言规范中对标准库也有相应的定义。Pascal因为没有定义标准库和提供库管理机制被许多C程序员诟病。

C++在许多方面类似C，例如采用C中的虚拟机观点，具有指针，类型结构的内存布局于C相同，但是C++在更多的方面与C不同。C++中引入了更高级的面向对象抽象机制，提供了构造大型程序的名空间机制，具有比C复杂的类型机制，具有编译时模板机制，具有更多的运行时机制。因此需要设计体现C++特色的标准库。

C++的特色在于提供灵活的机制，执行效率高。标准库作为语言的支持成分，需要大量的重复使用，因此C++标准库应该体现效率。这也是C标准库的特征之一。其次C++提供了高级抽象机制，因此标准库应该通用。通用意味着标准库对用户定义的类型有良好的支持。C++中引入面向对象机制，强调信息封装，用户定义类型千变万化，因此标准库应当具有操作任意类型的能力。同时对这些用户定义类型不能有任何假定，否则不方便用户使用标准库。最后标准库的组织应该结构化，包含程序设计中最有用最核心的工具。

C++标准库有如下设计目标：结构化良好、完整全面、包含最有用的程序组件；程序组件在理论上尽可能抽象，但是执行效率尽可能接近手工编写的C代码。

1.2 标准模板库STL

STL是Standard Template Library的简称。STL不仅是可重用的组件库，而且是一个包括算法与数据结构的软件体系结构。STL整体设计庞大、稳定、完整且可扩展、注重效率，体现了泛型编程的精髓。STL中广泛使用模板技术获取通用性，模板技术的本质是参数化的类型声明和使用。C++提供的模板机制体现了C++的许多考虑：注重效率，记法简洁。