标准模板库

标准模板库

标准模板库系由亚历山大·斯特潘诺夫(俄语:Степанов,_Александр_Александрович_(учёный))创造于1979年前后,这也正是比雅尼·斯特劳斯特鲁普创造C++的年代。

虽然David R. Musser(英语:David R. Musser)于1971年开始即在计算机几何领域发展并倡导某些泛型程序设计观念,但早期并没有任何程式语言支援泛型程序设计。第一个支援泛型概念的语言是Ada。[来源请求] Alex和Musser曾于1987开发出一套相关的Ada library.

标准模板库设计人Stepanov早期从事教育工作,1970年代研究泛型程序设计,那时他与其同事一起在GE公司开发出一个新的程序语言——Tecton。

1983年,Stepanov先生转至纽约大学坦登工程学院担任助理教授,继续研究泛型程序设计,同时写了许多Scheme的程序,应用在graph与network的演算法上,1985年又转至GE公司专门教授高阶程序设计,并将graph与network的Scheme程式,改用Ada写,用了Ada以后,他发现到一个动态(dynamically)类型的程序(如Scheme)与强制(strongly)类型的程序(如Ada)有多么的不同。

在动态类型的程序中,所有类型都可以自由的转换成别的类型,而强制类型的程序却不能。但是,强制类型在出错时较容易发现程序错误。

1988年Stepanov先生转至HP公司执行开发泛型程序库的工作。此时,他已经认识C语言中指标(pointer)的威力,他表示一个程序员只要有些许硬件知识,就很容易接受C语言中指标的观念,同时也了解到C语言的所有数据结构均可以指标间接表示,这点是C与Ada、Scheme的最大不同。

Stepanov并认为,虽然C++中的继承功能可以表示泛型设计,但终究有个限制。虽然可以在基础类型(superclass)定义算法和接口,但不可能要求所有物件皆是继承这些,而且庞大的继承体系将减低虚拟(virtual)函数的执行效率,这便违反的前面所说的“效率”原则。

到了C++模板观念,Stepanov参加了许多有关的研讨会,与C++之父比雅尼讨论模板的设计细节。如,Stepanov认为C++的函数模板(function template)应该像Ada一样,在声明其函数原型后,应该显式的声明一个函数模板之实例(instance);比雅尼则不然,他认为可以透过C++的重载(overloading)功能来表达。

Stepanov想像中的函数模板:

//in *.hpp

template

T square(T x) { return x*x; }

//in *.cpp

double square(double);

cout << square(3.3);

int square(int);

cout << square(3);

比雅尼认为的函数模板:

//in *.hpp

template

T square(T x) { return x*x; }

//in *.cpp

cout << square(3.3);

cout << square(3);

几经争辩,Stepanov发现比雅尼是对的(参考侯俊杰《标准模板库讲座·第三章》)。事后Stepanov回想起来非常同意比雅尼的作法。

template 引数推导机制(arguments deduction) ,在标准模板库中占非常重要的角色。Alexander Stepanov(标准模板库创造者)在与Dr. Dobb's Journal进行的访谈中说道‘1992 我重回generic-library的开发工作。这时候C++有了template

我发现比雅尼完成了一个非常美妙的设计。之前我在Bell Lab曾参与数次模板的相关设计讨论,并且非常粗暴地要求比雅尼应该将C++模板设计得尽可能像Ada generics那样。我想由于我的争辩是如此地粗暴,他决定反对。我了解到在C++中除了拥有类模板(class template)之外还拥有函数模板的重要性。然而我认为函数模板应该像Ada generics一样,也就是说它们应该是显式实例,比雅尼没有听进我的话,他设计了一个函数模板机制,其中的‘模板’是以一个重载化机制

(overloading mechanism)来进行隐式实例这项特殊的技术对我的工作具有关键性的影响,因为我发现它使我得以完成Ada不可能完成的许多动作。我非常高兴比雅尼当初没有听我的意见。’(DDJ 1995 年三月号)

事实上,C++的模板,本身即是一套复杂的巨集语言(macro language),巨集语言最大的特色为:所有工作在编译时期就已完成。显式的声明函数模板之实例,与直接透过C++的多载功能隐式声明,结果一样,并无很大区别,只是前者加重程序员的负担,使得程式变得累赘。

1992年Meng Lee加入Alex的专案,成为另一位主要贡献者。

1992年,HP泛型程序库计画结束,小组解散,只剩下Stepanov先生与Meng Lee小姐(她是东方人,标准模板库的英文名称其实是取STepanov与Lee而来[2]),Lee先前研究的是编译器的制作,对C++的模板很熟,第一版的标准模板库中许多程式都是Lee的杰作。

1993年,Andy Koenig到斯坦福大学演讲,Stepanov便向他介绍标准模板库,Koenig听后,随即邀请Stepanov参加1993年11月的ANSI/ISO C++标准化会议,并发表演讲。

Bell实验室的Andrew Koenig于1993年知道标准模板库研究计划后,邀请Alex于是年11月的ANSI/ISO C++标准委员会会议上展示其观念。并获得与会者热烈的回应。

1994年1月6日,Koenig寄封电子邮件给Stepanov,表示如果Stepanov愿意将标准模板库的说明文件撰写齐全,在1月25日前提出,便可能成为标准C++的一部份。Stepanov回信道:"Andy, are you crazy?" 。 Koenig便说:"Well, yes I am crazy, but why not try it?"。

Alex于是在次年夏天在滑铁卢举行的会议前完成其正式的提案,并以百分之八十压倒性多数,一举让这个巨大的计划成为C++ Standard的一部份。

标准模板库于1994年2月年正式成为ANSI/ISO C++的一部份,它的出现,促使C++程序员的思维方式更朝向泛型编程(generic program)发展。

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