标准模板库

标准模板库

标准模板库係由亞歷山大·斯特潘諾夫(俄语:Степанов,_Александр_Александрович_(учёный))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(英语: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,但早期並沒有任何程式語言支援泛型程序設計。第一個支援泛型概念的語言是Ada。[來源請求] Alex和Musser曾於1987開發出一套相關的Ada library.

标准模板库設計人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先生轉至纽约大学坦登工程学院担任助理教授,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程式,改用Ada寫,用了Ada以後,他發現到一個動態(dynamically)类型的程序(如Scheme)與強制(strongly)类型的程序(如Ada)有多麼的不同。

在動態类型的程序中,所有类型都可以自由的轉換成別的类型,而強制类型的程序卻不能。但是,強制类型在出錯時較容易發現程序錯誤。

1988年Stepanov先生轉至HP公司執行開發泛型程序庫的工作。此時,他已经认识C語言中指標(pointer)的威力,他表示一個程序员只要有些許硬件知识,就很容易接受C語言中指標的觀念,同時也瞭解到C語言的所有数据結構均可以指標間接表示,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。雖然可以在基礎类型(superclass)定義算法和接口,但不可能要求所有物件皆是繼承這些,而且龐大的繼承體系將減低虛擬(virtual)函數的執行效率,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++之父比雅尼討論模板的设计細節。如,Stepanov認為C++的函數模板(function template)應該像Ada一樣,在声明其函數原型後,應該显式的声明一个函數模板之实例(instance);比雅尼則不然,他認為可以透過C++的重載(overloading)功能來表達。

Stepanov想像中的函數模板:

//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);

比雅尼認為的函數模板:

//in *.hpp

template

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

//in *.cpp

cout << square(3.3);

cout << square(3);

幾經爭辯,Stepanov發現比雅尼是對的(參考侯俊傑《标准模板库講座·第三章》)。事後Stepanov回想起來非常同意比雅尼的作法。

template 引數推導機制(arguments deduction) ,在标准模板库中佔非常重要的角色。Alexander Stepanov(标准模板库創造者)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

我發現比雅尼完成了一個非常美妙的設計。之前我在Bell Lab曾參與數次模板的相關設計討論,並且非常粗暴地要求比雅尼應該將C++模板設計得儘可能像Ada generics那樣。我想由於我的爭辯是如此地粗暴,他決定反對。我瞭解到在C++中除了擁有类模板(class template)之外還擁有函数模板的重要性。然而我認為函数模板應該像Ada generics一樣,也就是說它們應該是显式实例,比雅尼沒有聽進我的話,他設計了一個函数模板機制,其中的‘模板’是以一個重載化機制

(overloading mechanism)來進行隐式实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。我非常高興比雅尼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巨集語言(macro language),巨集語言最大的特色為:所有工作在編譯時期就已完成。显式的声明函數模板之实例,與直接透過C++的多載功能隱式声明,結果一樣,並無很大區別,只是前者加重程序员的負擔,使得程式變得累贅。

1992年Meng Lee加入Alex的專案,成為另一位主要貢獻者。

1992年,HP泛型程序庫計畫結束,小組解散,只剩下Stepanov先生與Meng Lee小姐(她是東方人,标准模板库的英文名稱其實是取STepanov與Lee而來[2]),Lee先前研究的是編譯器的製作,對C++的模板很熟,第一版的标准模板库中許多程式都是Lee的傑作。

1993年,Andy Koenig到斯坦福大学演講,Stepanov便向他介紹标准模板库,Koenig聽後,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年知道标准模板库研究計劃後,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迴應。

1994年1月6日,Koenig寄封電子郵件給Stepanov,表示如果Stepanov願意將标准模板库的說明文件撰寫齊全,在1月25日前提出,便可能成為標準C++的一部份。Stepanov回信道:"Andy, are you crazy?" 。 Koenig便說:"Well, yes I am crazy, but why not try it?"。

Alex於是在次年夏天在滑鐵盧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的一部份。

标准模板库於1994年2月年正式成為ANSI/ISO C++的一部份,它的出現,促使C++程序员的思維方式更朝向泛型编程(generic program)發展。

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