什麼是STL

STL

　　一、STL簡介

　　STL（Standard Template Library，標準模板庫)是惠普實驗室開發的一系列軟體的統稱。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普實驗室工作時所開發出來的。現在雖說它主要出現在C++中，但在被引入C++之前該技術就已經存在了很長的一段時間。

　　STL的代碼從廣義上講分為三類：algorithm（演算法）、container（容器）和iterator（迭代器），幾乎所有的代碼都採用了模板類和模版函數的方式，這相比於傳統的由函數和類組成的庫來說提供了更好的代碼重用機會。在C++標準中，STL被組織為下面的13個標頭檔：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack>和<utility>。以下筆者就簡單介紹一下STL各個部分的主要特點。

　　二、演算法

　　大家都能取得的一個共識是函數庫對資料類型的選擇對其可重用性起著至關重要的作用。舉例來說，一個求方根的函數，在使用浮點數作為其參數類型的情況下的可重用性肯定比使用整型作為它的參數類性要高。而C++通過模板的機制允許延遲對某些類型的選擇，直到真正想使用模板或者說對模板進行特化的時候，STL就利用了這一點提供了相當多的有用演算法。它是在一個有效架構中完成這些演算法的——你可以將所有的類型劃分為少數的幾類，然後就可以在模版的參數中使用一種類型替換掉同一種類中的其他類型。

　　STL提供了大約100個實現演算法的模版函數，比如演算法for_each將為指定序列中的每一個元素調用指定的函數，stable_sort以你所指定的規則對序列進行穩定性排序等等。這樣一來，只要我們熟悉了STL之後，許多代碼可以被大大的化簡，只需要通過調用一兩個演算法模板，就可以完成所需要的功能並大大地提升效率。

　　演算法部分主要由標頭檔<algorithm>，<numeric>和<functional>組成。<algorithm>是所有STL標頭檔中最大的一個（儘管它很好理解），它是由一大堆模版函數組成的，可以認為每個函數在很大程度上都是獨立的，其中常用到的功能範圍涉及到比較、交換、尋找、遍曆操作、複製、修改、移除、反轉、排序、合并等等。<numeric>體積很小，只包括幾個在序列上面進行簡單數學運算的模板函數，包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中則定義了一些模板類，用以聲明函數對象。

　　三、容器

　　在實際的開發過程中，資料結構本身的重要性不會遜於操作於資料結構的演算法的重要性，當程式中存在著對時間要求很高的部分時，資料結構的選擇就顯得更加重要。

　　經典的資料結構數量有限，但是我們常常重複著一些為了實現向量、鏈表等結構而編寫的代碼，這些代碼都十分相似，只是為了適應不同資料的變化而在細節上有所出入。STL容器就為我們提供了這樣的方便，它允許我們重複利用已有的實現構造自己的特定類型下的資料結構，通過設定一些模版類，STL容器對最常用的資料結構提供了支援，這些模板的參數允許我們指定容器中元素的資料類型，可以將我們許多重複而乏味的工作簡化。

　　容器部分主要由標頭檔<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>組成。對於常用的一些容器和容器適配器（可以看作由其它容器實現的容器），可以通過下表總結一下它們和相應標頭檔的對應關係。

　　資料結構 描述 實現標頭檔

　　向量(vector) 連續儲存的元素 <vector>

　　列表(list) 由節點群組成的雙向鏈表，每個結點包含著一個元素 <list>

　　雙隊列(deque) 連續儲存的指向不同元素的指標所組成的數組 <deque>

　　集合(set) 由節點群組成的紅/黑樹狀結構，每個節點都包含著一個元素，節點之間以某種作用於元素對的謂詞排列，沒有兩個不同的元素能夠擁有相同的次序 <set>

　　多重集合(multiset) 允許存在兩個次序相等的元素的集合 <set>

　　棧(stack) 後進先出的值的排列 <stack>

　　隊列(queue) 先進先出的執的排列 <queue>

　　優先隊列(priority_queue) 元素的次序是由作用於所儲存的值對上的某種謂詞決定的的一種隊列 <queue>

　　映射(map) 由{鍵，值}對組成的集合，以某種作用於鍵對上的謂詞排列 <map>

　　多重新對應(multimap) 允許鍵對有相等的次序的映射 <map>

　　四、迭代器

　　下面要說的迭代器從作用上來說是最基本的部分，可是理解起來比前兩者都要費力一些（至少筆者是這樣）。軟體設計有一個基本原則，所有的問題都可以通過引進一個間接層來簡化，這種簡化在STL中就是用迭代器來完成的。概括來說，迭代器在STL中用來將演算法和容器聯絡起來，起著一種黏和劑的作用。幾乎STL提供的所有演算法都是通過迭代器存取元素序列進行工作的，每一個容器都定義了其本身所專有的迭代器，用以存取容器中的元素。

　　迭代器部分主要由標頭檔<utility>,<iterator>和<memory>組成。<utility>是一個很小的標頭檔，它包括了貫穿使用在STL中的幾個模板的聲明，<iterator>中提供了迭代器使用的許多方法，而對於<memory>的描述則十分的困難，它以不同尋常的方式為容器中的元素分配儲存空間，同時也為某些演算法執行期間產生的臨時對象提供機制,<memory>中的主要部分是模板類allocator，它負責產生所有容器中的預設分配器。

　　還有一種解釋：

　　什麼是STL？

　　STL代表科學和技術素養，但這個短語的背後隱藏的重要意義是對所有人而言。

　　STL也許可以簡單地視為一個哲學觀點，但決不僅僅如此。它包括了一套完整的教育方法,這個方法包含生活中的科學技術和不僅是學校師生的還有普通市民和政治家在內的所有人的思想。

　　為了達到普及科學技術的要求，科學技術的排它性和教師/科學家對科學教育的態度要根本轉變。

　　課堂中的科學教育要從教師為主導、以教學大綱為核心的教育方式中解脫出來，代之以學生為中心來設計、指導和進行組織教學。為了使學生全身心投入學習動機是非常重要的而且這將只有在科學技術成為學生日常生活的需要時才能得到激發。

　　考慮到這些，我們現在是現代世界的一部分，這種意識比以前更為強烈，知識的擷取與事實的記憶日益無關。一個微型行動電話能夠直接接入網際網路。這是能夠在我們的指尖表達出一些事實資訊。結果是學生在大量的事實學習（這是很快過時的知識）的思維負擔是明顯無意義的。

　　一旦這些負擔被減輕了，全體學生親自感受科學和技術的潛能就能被發掘出來。科學和技術不再被看作僅僅是’最聰明的’學生的寶貝。批判性思維得到解放。這些能揭示挑戰不可靠資訊和無確實根據的個人觀點的思維方法，不管這些觀點是來自’專家’，還是廣告代理商或者政治家們。

　　現存的許多科學技術的排它性營造了道德和價值觀來自於藝術和人文的氛圍。實際上許多當前最亟待解決的道德和價值觀問題就包含了科學和技術，而且在現實中存在著，在民主社會，公眾的輿論是重要的。

　　基於科學素養的教育目標不是培養科學家，而是培養具有科學素養的公民。科學技術意識為培養高素質的勞動力、有政治覺悟的公民提供基礎同時也為那些打算成為科學家、工程師或技術員的人提供基礎。

　　TS2000+（技術科學）打算為小學教師提供實用性的入門知識。其中為課堂教學設計了許多挑戰和主意。根據他們自己的經驗，作者討論活動的可能結果，但是從不直接給出’答案’。這些案例可以被每個人自由應用並且按照他們的願望進行改編。

　　TS2000（技術科學）是非說明性的而且在科學素養觀上看來起來是領先於新時代的。