標準模板庫

標準模板庫是一個C++軟體庫，大量影響了C++標準程序庫但並非是其的一部分。其中包含4個組件，分別為演演算法、容器、函數、迭代器。

模板是C++程序設計語言中的一個重要特徵，而標準模板庫正是基於此特徵。標準模板庫使得C++編程語言在有了同Java一樣強大的類庫的同時，保有了更大的可擴展性。

在C++標準中，STL被組織為下面的13個頭文件：、<deque>、、、<vector>、<list>、

標準模板庫系由Alexander Stepanov創造於1979年前後，這也正是比雅尼·斯特勞斯特魯普創造C++的年代。

雖然David R. Musser於1971年開始即在計算機幾何領域發展並倡導某些泛型程序設計觀念，但早期並沒有任何編程語言支持泛型程序設計。第一個支持泛型概念的語言是Ada。Alex和Musser曾於1987開發出一套相關的Ada library.

標準模板庫設計人Stepanov早期從事教育工作，1970年代研究泛型程序設計，那時他與其同事一起在GE公司開發出一個新的程序語言——Tecton。

1983年，Stepanov先生轉至Polytechnic大學教書，繼續研究泛型程序設計，同時寫了許多Scheme的程序，應用在graph與network的演演算法上，1985年又轉至GE公司專門教授高階程序設計，並將graph與network的Scheme程序，改用Ada寫，用了Ada以後，他發現到一個動態（dynamically）類型的程序（如Scheme）與強制（strongly）類型的程序（如Ada）有多麼的不同。

在動態類型的程序中，所有類型都可以自由的轉換成別的類型，而強制類型的程序卻不能。但是，強制類型在出錯時較容易發現程序錯誤。

1988年Stepanov先生轉至HP公司運行開發泛型程序庫的工作。此時，他已經認識C語言中指針(pointer)的威力，他表示一個程序員只要有些許硬體知識，就很容易接受C語言中指針的觀念，同時也了解到C語言的所有數據結構均可以指針間接表示，這點是C與Ada、Scheme的最大不同。

Stepanov並認為，雖然C++中的繼承功能可以表示泛型設計，但終究有個限制。雖然可以在基礎類型（superclass）定義演演算法和介面，但不可能要求所有對象皆是繼承這些，而且龐大的繼承體系將減低虛擬（virtual）函數的運行效率，這便違反的前面所說的“效率”原則。

到了C++模板觀念，Stepanov參加了許多有關的研討會，與C++之父Bjarne討論模板的設計細節。如，Stepanov認為C++的函數模板（function template）應該像Ada一樣，在聲明其函數原型后，應該顯式的聲明一個函數模板之實例（instance）；Bjarne則不然，他認為可以通過C++的重載（overloading）功能來表達。

Stepanov想像中的函數模板：

Bjarne認為的函數模板：

幾經爭辯，Stepanov發現Bjarne是對的（引用侯俊傑《標準模板庫講座·第三章》）。事後Stepanov回想起來非常同意Bjarne的作法。

template 引數推導機制（arguments deduction ，在標準模板庫中占非常重要的角色。Alexander Stepanov（標準模板庫創造者）在與Dr. Dobb's Journal進行的訪談中說道‘1992 我重回generic-library的開發工作。這時候C++有了template

“我發現Bjarne完成了一個非常美妙的設計。之前我在Bell Lab曾參與數次template的相關設計討論，並且非常粗暴地要求Bjarne應該將C++ template設計得儘可能像Ada generics那樣。我想由於我的爭辯是如此地粗暴，他決定反對。我了解到在C++中除了擁有template classes之外還擁有template functions的重要性。然而我認為template function應該像Ada generics一樣，也就是說它們應該是顯式實例，Bjarne沒有聽進我的話，他設計了一個template function機制，其中的template是以一個重載化機制（overloading mechanism來進行隱式實例這項特殊的技術對我的工作具有關鍵性的影響，因為我發現它使我得以完成Ada不可能完成的許多動作。我非常高興Bjarne當初沒有聽我的意見。’（DDJ 1995 年三月號）”

事實上，C++的模板，本身即是一套複雜的宏語言（macro language），宏語言最大的特色為：所有工作在編譯時期就已完成。顯式的聲明函數模板之實例，與直接通過C++的重載功能隱式聲明，結果一樣，並無很大區別，只是前者加重程序員的負擔，使得程序變得累贅。

1992年Meng Lee加入Alex的項目，成為另一位主要貢獻者。

1992年，HP泛型程序庫項目結束，小組解散，只剩下Stepanov先生與Meng Lee小姐（她是東方人，標準模板庫的英文名稱其實是取STepanov與Lee而來），Lee先前研究的是編譯器的製作，對C++的模板很熟，第一版的標準模板庫中許多程序都是Lee的傑作。

1993年，Andy Koenig到史丹佛演講，Stepanov便向他介紹標準模板庫，Koenig聽后，隨即邀請Stepanov參加1993年11月的ANSI/ISO C++標準化會議，並發表演講。

Bell實驗室的Andrew Koenig於1993年知道標準模板庫研究計劃后，邀請Alex於是年11月的ANSI/ISO C++標準委員會會議上展示其觀念。並獲得與會者熱烈的回應。

1994年1月6日，Koenig寄封電子郵件給Stepanov，表示如果Stepanov願意將標準模板庫的幫助文檔撰寫齊全，在1月25日前提出，便可能成為標準C++的一部分。Stepanov回通道："Andy, are you crazy?"。 Koenig便說："Well, yes I am crazy,but why not try it?"。

Alex於是在次年夏天在Waterloo舉行的會議前完成其正式的提案，並以百分之八十壓倒性多數，一舉讓這個巨大的計劃成為C++ Standard的一部分。

標準模板庫於1994年2月年正式成為ANSI/ISO C++的一部分，它的出現，促使C++程序員的思維方式更朝向泛型編程（generic program）發展。

STL 將“在數據上執行的操作”與“要執行操作的數據分開”，分別以如下概念指代：

• 容器：包含、放置數據的地方。

• 迭代器：在容器中指出一個位置、或成對使用以劃定一個區域，用來限定操作所涉及到的數據範圍。

• 演演算法：要執行的操作。

標準模板庫包含了序列容器（sequence containers）與關係容器（associative containers）。

序列容器包括vector,list,forward_list,deque和array等。

關聯容器包括set,multiset,map,multimap,unordered_set,bitset和valarray等。

迭代器是泛化的指針，通過使用迭代器，開發者可以操作數據結構而無需關心其內部實現。根據迭代器的操作方式的不同，迭代器分為五種：

• 輸入迭代器

• 輸出迭代器

• 前向迭代器

• 雙向迭代器

• 隨機訪問迭代器

STL提供了一些常見 的演演算法，如排序和搜索等。這些演演算法與數據結構的實現進行了分離。因此，用於也可對自定義的數據結構使用這些演演算法，只需讓這些自定義的數據結構擁有演演算法所預期的迭代器。

狹義的函數對象即重載了操作符()的類的實例，而廣義來講所有可用 x(...) 形式調用的 x 都可稱為函數對象、或曰可調用對象。

適配器（Adaptor）為一個模板類，用於提供介面映射。

一個常見的誤解是STL是C++標準程序庫的一部分，但事實上並非如此。例如hash table的數據結構實當前STL中有模板可供調用，但C++標準程序庫一直到C++11才加入了。