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STL 实践指南 Practical Guide to STL

作者：Jeff Bogan 翻译：周翔

译者注

这是一篇指导您如何在 Microsoft Visual Studio 下学习 STL 并进行实践的文章。这篇文章从

STL 的基础知识讲起，循序渐进，逐步深入，涉及到了 STL 编写代码的方法、STL 代码的

编译和调试、命名空间（namespace）、STL 中的 ANSI / ISO 字符串、各种不同类型的容器

（container）、模板（template）、游标（Iterator）、算法（Algorithms）、分配器（Allocator）、

容器的嵌套等方面的问题，作者在这篇文章中对读者提出了一些建议，并指出了使用 STL

时应该注意的问题。这篇文章覆盖面广，视角全面。不仅仅适合初学者学习 STL，更是广大

读者使用 STL 编程的实践指南。

STL 简介

STL (标准模版库，Standard Template Library)是当今每个从事 C++编程的人需要掌握的一项

不错的技术。我觉得每一个初学 STL 的人应该花费一段时间来熟悉它，比如，学习 STL 时

会有急剧升降的学习曲线，并且有一些命名是不太容易凭直觉就能够记住的（也许是好记的

名字已经被用光了），然而如果一旦你掌握了 STL，你就不会觉得头痛了。和 MFC 相比，STL

更加复杂和强大。

STL 有以下的一些优点：

可以方便容易地实现搜索数据或对数据排序等一系列的算法；

调试程序时更加安全和方便；

即使是人们用 STL 在 UNIX 平台下写的代码你也可以很容易地理解（因为 STL 是跨平台

的）。

背景知识

写这一部分是让一些初学计算机的读者在富有挑战性的计算机科学领域有一个良好的开端，

而不必费力地了解那无穷无尽的行话术语和沉闷的规则，在这里仅仅把那些行话和规则当作

STLer 们用于自娱的创造品吧。

使用代码

本文使用的代码在 STL 实践中主要具有指导意义。

一些基础概念的定义

模板（Template）——类（以及结构等各种数据类型和函数）的宏（macro）。有时叫做甜饼

切割机（cookie cutter），正规的名称应叫做范型（generic）——一个类的模板叫做范型类

（generic class），而一个函数的模板也自然而然地被叫做范型函数（generic function）。

STL——标准模板库，一些聪明人写的一些模板，现在已成为每个人所使用的标准 C++语言

中的一部分。

容器（Container）——可容纳一些数据的模板类。STL 中有 vector，set，map，multimap 和

deque 等容器。

向量（Vector）——基本数组模板，这是一个容器。

游标（Iterator）——这是一个奇特的东西，它是一个指针，用来指向 STL 容器中的元素，

也可以指向其它的元素。

Hello World 程序

我愿意在我的黄金时间在这里写下我的程序：一个 hello world 程序。这个程序将一个字符

串传送到一个字符向量中，然后每次显示向量中的一个字符。向量就像是盛放变长数组的花

园，大约所有 STL 容器中有一半是基于向量的，如果你掌握了这个程序，你便差不多掌握

了整个 STL 的一半了。

//程序：vector 演示一

//目的：理解 STL 中的向量

// #include "stdafx.h" -如果你使用预编译的头文件就包含这个头文件

#include <vector> // STL 向量的头文件。这里没有".h"。

#include <iostream> // 包含 cout 对象的头文件。

using namespace std; //保证在程序中可以使用 std 命名空间中的成员。

char* szHW = "Hello World";

//这是一个字符数组，以”\0”结束。

int main(int argc, char* argv[])

{

vector <char> vec; //声明一个字符向量 vector (STL 中的数组)

//为字符数组定义一个游标 iterator。

vector <char>::iterator vi;

//初始化字符向量，对整个字符串进行循环，

//用来把数据填放到字符向量中，直到遇到”\0”时结束。

char* cptr = szHW; // 将一个指针指向“Hello World”字符串

while (*cptr != '\0')

{ vec.push_back(*cptr); cptr++; }

// push_back 函数将数据放在向量的尾部。

// 将向量中的字符一个个地显示在控制台

for (vi=vec.begin(); vi!=vec.end(); vi++)

// 这是 STL 循环的规范化的开始——通常是 "!=" ，而不是 "<"

// 因为"<" 在一些容器中没有定义。

// begin()返回向量起始元素的游标（iterator），end()返回向量末尾元素的游标（iterator）。

{ cout << *vi; } // 使用运算符 “*” 将数据从游标指针中提取出来。

cout << endl; // 换行

return 0;

}

push_back 是将数据放入 vector（向量）或 deque（双端队列）的标准函数。Insert 是一个与

之类似的函数，然而它在所有容器中都可以使用，但是用法更加复杂。end()实际上是取末

尾加一（取容器中末尾的前一个元素），以便让循环正确运行——它返回的指针指向最靠近

数组界限的数据。就像普通循环中的数组，比如 for (i=0; i<6; i++) {ar[i] = i;} ——ar[6]是不

存在的，在循环中不会达到这个元素，所以在循环中不会出现问题。

STL 的烦恼之一——初始化

STL 令人烦恼的地方是在它初始化的时候。STL 中容器的初始化比 C/C++数组初始化要麻烦

的多。你只能一个元素一个元素地来，或者先初始化一个普通数组再通过转化填放到容器中。

我认为人们通常可以这样做：

//程序：初始化演示

//目的：为了说明 STL 中的向量是怎样初始化的。

#include <cstring> // <cstring>和<string.h>相同

#include <vector>

using namespace std;

int ar[10] = { 12, 45, 234, 64, 12, 35, 63, 23, 12, 55 };

char* str = "Hello World";

int main(int argc, char* argv[])

{

vector <int> vec1(ar, ar+10);

vector <char> vec2(str, str+strlen(str));

return 0;

}

在编程中，有很多种方法来完成同样的工作。另一种填充向量的方法是用更加熟悉的方括号，

比如下面的程序：

//程序：vector 演示二

//目的：理解带有数组下标和方括号的 STL 向量

#include <cstring>

#include <vector>

#include <iostream>

using namespace std;

char* szHW = "Hello World";

int main(int argc, char* argv[])

{

vector <char> vec(strlen(sHW)); //为向量分配内存空间

int i, k = 0;

char* cptr = szHW;

while (*cptr != '\0')

{ vec[k] = *cptr; cptr++; k++; }

for (i=0; i<vec.size(); i++)

{ cout << vec[i]; }

cout << endl;

return 0;

}

这个例子更加清晰，但是对游标（iterator）的操作少了，并且定义了额外的整形数作为下标，

而且，你必须清楚地在程序中说明为向量分配多少内存空间。

命名空间（Namespace）

与 STL 相关的概念是命名空间（namespace）。STL 定义在 std 命名空间中。有 3 种方法声明

使用的命名空间：

1．用 using 关键字使用这个命名空间，在文件的顶部，但在声明的头文件下面加入：

using namespace std;

这对单个工程来说是最简单也是最好的方法，这个方法可以把你的代码限定在 std 命名空间

中。

2．使用每一个模板前对每一个要使用的对象进行声明（就像原形化）：

using std::cout;

using std::endl;

using std::flush;

using std::set;

using std::inserter;

尽管这样写有些冗长，但可以对记忆使用的函数比较有利，并且你可以容易地声明并使用其

他命名空间中的成员。

3．在每一次使用 std 命名空间中的模版时，使用 std 域标识符。比如：

typedef std::vector VEC_STR;

这种方法虽然写起来比较冗长，但是是在混合使用多个命名空间时的最好方法。一些 STL

的狂热者一直使用这种方法，并且把不使用这种方法的人视为异类。一些人会通过这种方法

建立一些宏来简化问题。

除此之外，你可以把 using namespace std 加入到任何域中，比如可以加入到函数的头部或一

个控制循环体中。

一些建议

为了避免在调试模式（debug mode）出现恼人的警告，使用下面的编译器命令：

#pragma warning(disable: 4786)

另一条需要注意的是，你必须确保在两个尖括号之间或尖括号和名字之间用空格隔开，因为

是为了避免同“>>”移位运算符混淆。比如

vector <list<int>> veclis;

这样写会报错，而这样写：

vector <list <int> > veclis;

就可以避免错误。

STL 实践指南（中）

STL 实践指南 Practical Guide to STL

作者：Jeff Bogan

翻译：周翔

（接上篇）

另一种容器——集合（set）

这是微软帮助文档中对集合（set）的解释：“描述了一个控制变长元素序列的对象（注：set

中的 key 和 value 是 Key 类型的，而 map 中的 key 和 value 是一个 pair 结构中的两个分量）

的模板类，每一个元素包含了一个排序键（sort key）和一个值(value)。对这个序列可以进行

查找、插入、删除序列中的任意一个元素，而完成这些操作的时间同这个序列中元素个数的

对数成比例关系，并且当游标指向一个已删除的元素时，删除操作无效。”

而一个经过更正的和更加实际的定义应该是：一个集合（set）是一个容器，它其中所包含

的元素的值是唯一的。这在收集一个数据的具体值的时候是有用的。集合中的元素按一定的

顺序排列，并被作为集合中的实例。如果你需要一个键/值对（pair）来存储数据，map 是一

个更好的选择。一个集合通过一个链表来组织，在插入操作和删除操作上比向量（vector）

快，但查找或添加末尾的元素时会有些慢。

下面是一个例子：

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