STL介绍

(source:http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html)

STL是一个container classes, algorithms和iterators的C++库；其提供许多计算机科学的基础算法和数据结构。STL是一个generic库，就是说其组件被大量地参数化：几乎每个STL中的组建都是一个template。在使用STL之前，你应该确信自己理解template在C++中如何工作。

Containers和algorithms

如同许多class库，STL包括container类: 其目的是包含其他对象的类。STL包括类vector, list, deque, set, multiset, map, multimap, hash_set, hash_multiset, hash_map和hash_multimap。每一个这样的类都是一个template，并且能实例化（instantiated）包括任意类型的对象。你能，例如，像使用普通C array的方式来使用vector<int>，除了vector免除了手工管理内存分配的苦差事。

     vector<int> v(3);            // Declare a vector of 3 elements.
     v[0] = 7;
     v[1] = v[0] + 3;
     v[2] = v[0] + v[1];          // v[0] == 7, v[1] == 10, v[2] == 17  

STL也包括一个很大的algorithms集合，来操作存储在containers中的数据。例如，你能逆转一个vector中元素的顺序，使用reverse算法

    reverse(v.begin(), v.end()); // v[0] == 17, v[1] == 10, v[2] == 7

关于调用reverse，这里有两点需要注意。第一，这是一个全局函数，而不是一个成员函数。第二，其需要两个参数，而不是一个：其运作在一个range内的元素上，而不是一个container上。

这两个事实的原因是相同的：reverse，像其他STL algorithms一样，与STL container类解耦。者意味着reverse不仅能用于逆转vectors中的元素，也能逆转lists中的元素，甚至C arrays中的元素。以下程序也是有效的：

     double A[6] = { 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 };
     reverse(A, A + 6);
     for (int i = 0; i < 6; ++i)
       cout << "A[" << i << "] = " << A[i];

这个例子使用了一个range，就像逆转vector的例子一样：第一个用于逆转的参数是这个range开始的指针，而第二个参数指向超越这个range结束的元素。这个range表示为 [A, A+6)； 这里非对称符号提醒了这两个端点不同，第一个就是range的开始，而第二个是one past这个range的结束。

Iterators

在逆转C array例子中，用于逆转的参数为类型double *。如果你逆转一个vector或一个list，那用于逆转的参数是什么？那就是，reverse申明其参数是什么，也就是v.begin()和v.end()返回什么？

答案是，用于reverse的参数为iterators，这是pointers的泛化。Pointers自己就是iterators，这就是为什么逆转C array的元素时可能的。类似，vector申明嵌套类型iterator和const_iterator。在上面的例子中，由v.begin()和v.end()返回的类型为vector<int>::iterator。也有一些iterators，例如istream_iterator和ostream_iterator，根本不和containers相关联。

Iterators这种机制使得algorithms从containers解耦成为可能：algorithms为templates，并由iterator的类型参数化，因此它们并不限制于单个container类型。例如，考虑如何写一个algorithm来完成一个范围的线性搜索。这就是STL的find算法：

     template <class InputIterator, class T>
     InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {
         while (first != last && *first != value) ++first;
         return first;
     }

Find需要三个参数：两个iterators定义一个范围，而一个值用于在这个范围内搜索。其检查范围[first, last)内的每个iterator，从开始到结束，并且，要么在其找到指向value的iterator时，要么在其到达范围的结束时停止。

First和last被申明为类型InputIterator，而InputIterator时一个template parameter。这就是，并没有实际的任何类型称作InputIterator：当你调用find，编译器把形式类型参数（formal type parameters）InputIterator和T替换为参数的实际类型。如果find前两个参数为类型int*，第三个为类型int，那么这就像你调用如下的函数：

     int* find(int* first, int* last, const int& value) {
         while (first != last && *first != value) ++first;
         return first;
     }

Concepts and Modeling

有关任何template function所问的一个非常重要的问题，不仅仅是有关STL algorithms，是用于替换形式模板参数的正确替换的类型集是什么？例如，int*或double*可用于替换find的形式模板参数InputIterator。同样清楚的是，int或double就可能不行：find使用表达式*first，而这里的引用操作符（dereference operator）对类型int或类型double的对象没有意义。那么，基本的答案是find隐性地定义了一个类型上的需求集，而这就可被任何满足这些需求的类型所实例化。任何用于替换InputIterator的类型必须提供某些操作：其必须有可能比较该类型的两个对象是否相等，其必须有可能递增该类型的对象，其必须有可能引用该类型的对象来获得其指向的这个对象，等等。

Find并不是唯一的有这样的需求集的STL algorithm；用于for_each和count，以及其它algorithms的参数，必须满足相同的需求。这些需求足够地重要，因此我们给它们一个名字：我们称这样的类型需求集为concpet，而我们称这个特定的concept为Input_Iterator。如果一个类型满足所有这些需求，我们就说它conforms to a concept（符合concept），或这是a model of a concept（concept的一个model）。我们说int*是Input Iterator的一个model，因为int*提供了Input Iterator需求所规定的所有操作。

Concepts并不是C++语言的一部分；没有办法在程序中申明concept，或申明一个特定类型为concept的一个model。然而，concepts是STL极为重要的部分。使用concepts就使得有可能写出清晰区分interface和implementation的程序：find的作者仅需要考虑由Input Iterator所规定的interface，而不是符合那个concept的每个可能类型的实现。类似的，如果你想使用find，你仅仅需要确保你传递的参数为models of Input Iterator。这也就是find和reverse能用于listS, vectorS, C arrays和许多其他类型的原因：根据concepts来编程，而不是根据特定的类型，就使得重用软件组件和合成组件成为可能。

Refinement（concepts之间的hierarchy关系）

实际上，Input Iterator是一个较弱的concept：也就是，其施加了非常少的需求。Input Iterator必须支持pointer算术的一个子集（其必须可能用prefix和postfix operator++来递增一个Input Iterator），但不需要支持所有的pointer算术操作。这对find足够，但一些其它的algorithms需要它们的参数满足更多需求。例如，Reverse必须能够递减其参数，也能够递增；其会使用表达式 --last。根据concepts，我们说reverse的参数必须是models of Bidirectional Iterator，而非Input Interator。

Bidirectional Iterator concept与Input Iterator非常类似：其简单地施加了一些附加的需求。作为models of Bidirectional Iterator的类型是models of Input Iterator的类型的一个子集：每个model of Bidirectional Iterator的type都是model of Input Iterator。例如，int*同时是model of Bidirectional Iterator和model of Input Iterator，但istream_iterator仅仅是model of Input Iterator：其并不符合更严格的Bidirectional Iterator需求。

我们描述Input Iterator和Bidirectional Iterator之间的关系为Bidirectional Iterator是Input Iterator的refinement。concept的refinement非常像C++类的inheritance；我们使用一个不同单词的主要原因是强调refinement应用于concepts，而并非实际类型

除了我们已经讨论的两个，实际有更多的三个iterator concepts：这五个iterator concepts是 Output Iterator, Input Iterator, Forward Iterator, Bidirectional Iterator, and Random Access Iterator；Forward Iterator是Input Iterator的一个refinement，Bidirectional Iterator是Forward Iterator的一个refinement，而Random Access Iterator是Bidirectional Iterator的一个refinement。（Output Iterator与其它四个concepts都相关，但其不是这个hierarchy of refinement的一部分：它不是任何其它iterator concepts的refinement，并且没有其他iterator concepts是它的refinement。）

Container类，像iterators，组织成为hierarchy of concepts。所有containers是models of the concept Container，更加refined concpets，例如Sequence和Associative Container，描述特定类型的containers。

STL的其它部分

如果你理解了algorithms, iterators, and containers，那么你就理解了应该了解STL的几乎一切。然而，STL包括了几个其它类型的组件。

首先，STL包括几个utilities：非常基础的concepts和functions，用于库的许多不同部分。例如，concept Assignable描述了有assignment operators和copy constructors的类型；几乎所有STL类都是models of Assignable，而几乎所有STL algorithms需要它们的参数为models of Assignmable。

其次，STL包括一些用于allocating和deallocating内存的低级机制。Allocators非常特殊，而为了几乎所有目的，你都可以安全地忽略它们。

最后，STL包括一个很大的function objects的集合，也就是functors。就像iterators为pointers的泛化，function objects是functions的泛化：function object是你能够使用普通函数调用语法来调用的任何东西。有几个不同的concepts与function objects相关，包括Unary Function（需要单个参数的function object，即调用形式为f(x)）和Binary Function（需要两个参数的function object，即调用形式为f(x,y)）。Function objects是generic programming的一个重要部分，因为它们允许不仅仅是对象类型上的抽象，也可以是所完成操作的抽象。