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出版者:O'Reilly Media

作者:Ray Lischner

出品人:

页数:120

译者:

出版时间:2003-10-01

价格:USD 9.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780596005566

丛书系列:

图书标签:

• C++
• STL
• 标准模板库
• 数据结构
• 算法
• 编程
• 参考手册
• 技术
• 计算机科学
• 程序员
• 开发

《C++标准模板库（STL）深度解析与高效实践指南》 本书旨在为所有对 C++ 标准模板库（STL）有深入学习需求的开发者提供一本全面、细致且极具实战价值的参考手册。我们深知 STL 是现代 C++ 编程的基石，掌握其精髓对于编写高性能、健壮且易于维护的代码至关重要。本书将完全聚焦于 STL 的核心组件、设计哲学、算法实现细节以及在复杂工程场景中的优化应用，而不会涉及其他任何特定主题的书籍内容。 --- 第一部分：STL 设计哲学与核心概念的剖析 本部分将带领读者深入理解 STL 成功的根本原因——其基于模板、泛型编程的强大设计哲学。我们将详尽阐述 STL 如何通过解耦数据结构与操作算法，实现了极高的代码复用性和灵活性。 第一章：泛型编程的基石 模板元编程初探： 详细讲解 C++ 模板的工作原理，如何利用函数模板和类模板实现类型无关的容器和算法。 迭代器的角色与分类： 迭代器是连接容器与算法的桥梁。本书将系统地分类和剖析五大类迭代器（输入、输出、前向、双向、随机访问），并解释每类迭代器所支持的操作集合，这是理解算法性能差异的关键。 “值语义”与“迭代器失效”： 深入探讨 STL 容器的“值语义”特性，并对各种操作（如插入、删除）如何引发迭代器失效进行详尽的案例分析和预防策略。 第二章：内存模型与性能考量 分配器（Allocators）机制详解： 我们将深入底层，解析默认 `std::allocator` 的工作方式，并引导读者理解如何自定义分配器以满足特定内存管理需求（例如，内存池、线程安全分配）。 性能陷阱识别： 探讨容器操作的时间复杂度，特别是对那些隐藏在表面操作下的潜在线性时间或对数时间开销，帮助读者从设计之初就规避性能瓶颈。 --- 第二部分：容器家族的精细化管理 本部分将全面覆盖 STL 中的所有标准容器，从底层结构到实际应用场景的权衡，提供超越基础用法的深度指导。 第三章：顺序容器的深度剖析 `std::vector`： 不仅仅是动态数组。深入研究其内存布局、`reserve()` 和 `shrink_to_fit()` 的精确时机，以及移动语义（Move Semantics）对其性能的颠覆性影响。 `std::deque`： 剖析其基于“块”的结构如何实现两端高效操作，并与 `std::vector` 在随机访问性能上的细微差异。 `std::list`： 重点分析双向链表的内存碎片问题，以及在哪些特定场景下其恒定的插入/删除复杂度能超越其他容器。 第四章：关联容器的复杂性 红黑树的抽象： 虽然我们不实现红黑树，但本书会详细解释 `std::set` 和 `std::map` 如何基于自平衡二叉搜索树保证 $mathcal{O}(log N)$ 的查找、插入和删除效率。 `std::unordered_map` 与哈希冲突管理： 这是高性能应用的关键。详尽分析默认哈希函数的特性，探讨链式法（Chaining）和开放定址法（Open Addressing）的优劣，以及如何通过自定义哈希函数来优化特定类型数据的性能。 键值对的顺序保证： 区分 `std::map` 的排序键与 `std::unordered_map` 的无序性，并讨论如何利用 `std::multimap` 和 `std::multiset` 处理重复键值。 第五章：容器适配器（Adapters）的封装艺术 栈、队列与优先级的选择： 探讨 `std::stack`、`std::queue` 和 `std::priority_queue` 如何利用底层容器（通常是 `vector` 或 `deque`）实现特定的 LIFO、FIFO 或堆排序行为。重点分析优先级队列的堆操作复杂度。 --- 第三部分：算法的泛型力量 本部分是本书的核心，专注于 STL 算法库（``）的全面解析，揭示其模板化如何使得代码逻辑与数据存储分离成为可能。 第六章：非修改性算法的精妙运用 搜索与查找： 深入分析线性搜索 (`std::find`) 与二分搜索 (`std::binary_search`, `std::lower_bound`, `std::upper_bound`) 在已排序范围上的性能差异和使用限制。 遍历与累加： 详细讲解 `std::for_each`、`std::transform` 和 `std::accumulate` 的使用模式，强调它们如何配合 Lambda 表达式实现简洁的函数式编程风格。 第七章：修改性算法与范围操作 排序与分区： 全面解析 `std::sort` 的底层实现（通常是内省排序 IntroSort），并讲解 `std::stable_sort` 保证相对顺序的代价。深入剖析 `std::partition` 和 `std::stable_partition` 在重排元素时的效率考量。 复制、移动与交换： 详细区分 `std::copy`、`std::move` 和 C++11 引入的移动构造函数如何在算法层面影响性能，特别是处理大型对象时。 第八章：数值算法与序列生成 数学运算的集成： 探讨 `` 头文件中的高级算法，如 `std::inner_product` 和 `std::partial_sum`，展示 STL 如何优雅地处理向量代数和累积计算。 生成器与序列创建： 讲解 `std::generate` 和 `std::generate_n` 如何配合函数对象创建复杂的序列数据，是测试和初始化大数据集的重要工具。 --- 第四部分：高级应用与现代 C++ 整合 本部分关注 STL 在 C++11/14/17/20 标准中的演进，以及如何将其应用于现代软件架构中。 第九章：范围（Ranges）库（C++20 重点） 理解视图（Views）与组合性： 详细介绍 C++20 Ranges 库如何通过“管道操作符”(`|`) 改变算法的使用方式，实现惰性求值和更清晰的算法链。 适配器与组合： 剖析 `std::views::filter`, `std::views::transform` 等视图适配器，展示它们如何无需显式创建临时容器即可完成复杂的数据转换。 第十章：自定义类型与 STL 的完美兼容 重载比较运算符： 确保自定义类能够被所有排序和关联容器正确使用，包括 `operator<`, `operator==` 的要求，以及如何为 `unordered_map` 提供自定义哈希和相等性比较。 自定义迭代器： 针对特定硬件或数据源的场景，指导读者如何构建符合 STL 规范的自定义迭代器，以无缝集成到现有算法框架中。 --- 本书的每一章都充满了深入的代码示例、性能测试报告和“陷阱警告”区域，旨在帮助专业 C++ 工程师将 STL 从一个简单的工具箱提升为优化应用程序性能的核心驱动力。通过系统学习，读者将能够自信地驾驭 STL 的全部潜能。

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我得承认，我是一个非常讨厌冗长解释的人。很多技术书籍的毛病就在于，为了凑字数或者显得博学，充斥着大量可以被一句话概括的内容，读起来非常拖沓。我买这本书纯粹是出于好奇，想看看它如何在一个“口袋”的篇幅里塞下整个标准模板库的精华。结果是，我被它的精炼程度深深折服了。这本书的风格非常直接，几乎每一页都是干货，信息密度达到了一个惊人的水平。它仿佛是把一个大型参考手册进行了最高效的压缩，去除了所有不必要的寒暄和历史背景，只留下了调用约定、参数范围、返回值意义和性能复杂度。对于我这种需要快速回顾某个冷门函数具体行为的场景，比如某个特定版本的 `std::regex` 的行为差异，翻阅起来毫不费力，定位极其迅速。它的排版逻辑是高度功能导向的，你不是在“阅读”它，而是在“查询”它。如果你已经对C++有基本的了解，这本书能极大地加速你对STL模块的掌握和应用速度，因为它避免了重复教育读者的过程。

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这本书，坦率地说，简直是为我这种编程老手量身定做的效率神器。我前阵子接手了一个紧急项目，里面充斥着大量C++ STL 的代码，我得在最短的时间内搞清楚那些模板参数到底在干什么，容器的内部机制又是如何运作的。市面上那些厚厚的参考手册，光是翻目录就要耗费我宝贵的时间，更别提那些冗长晦涩的理论解释了。这本书的妙处就在于它的“袖珍”——虽然是口袋参考，但信息密度高得惊人。它不是那种教你STL基础语法的入门读物，更像是一个在你遇到具体问题时，能立刻给你答案的“外挂大脑”。我尤其欣赏它在复杂算法和数据结构特性的对比部分，那种并列展示的方式，让我瞬间就能判断出当前场景下，`std::map` 和 `std::unordered_map` 哪个更合适，性能差异在哪里。排版和索引设计也极其人性化，那种一目了然的查找体验，简直是现场调试的救星。对于那些天天跟标准库打交道、追求极致代码性能的资深开发者来说，这本书的价值简直无可估量，它节省的每一分钟都直接转化成了代码质量的提升。它不是用来学习的，它是用来“执行”的。

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老实说，我是一个喜欢在咖啡馆或通勤路上阅读技术书籍的人，这意味着我需要的是便携性极佳，同时又不能牺牲专业深度的参考资料。这本书完美地平衡了这两个看似矛盾的需求。它不是那种厚重的、需要放置在桌面上才能使用的工具书，而是真正可以塞进夹克口袋，随时拿出来查阅的伙伴。我在阅读关于模板元编程和类型特性（Type Traits）的那几页时，深感作者的用心。这些内容往往是教科书中的难点，需要大量的篇幅来解释其设计哲学，但这本书却用紧凑的表格和清晰的结构，展示了关键的编译期信息。这不仅仅是关于STL容器和算法的速查，它还涵盖了标准库中那些常常被初学者忽略，但在高级编程中却至关重要的元编程工具集。它让我在碎片时间里，也能高效地回顾和巩固那些需要精确记忆的细节，而不是在大型文档中迷失方向。这本书，对于追求效率和便携性的现代开发者来说，是衣橱里不可或缺的一件“工具配件”。

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我是一个刚从大学毕业，准备踏入工业界写“正经”代码的新人。说实话，学校里教的C++标准库知识点总是散落在各个角落，遇到实际项目中那些动辄嵌套了三四层的迭代器和分配器时，我简直像被扔进了迷雾。我需要一本能帮我快速理清头绪的东西。这本书的出现，就像是黑暗中的一束光。它没有用那种吓人的学术腔调，而是非常务实地展示了每个容器和算法的“契约”——它们能做什么，不能做什么，以及在使用时最容易踩的那些“坑”。我记得有一次，我为一个性能敏感的队列设计犯愁，反复对比了 `std::deque` 和 `std::list` 的插入和删除成本，这本书上的图表和简短的性能注解，比我花两小时去谷歌搜索那些博客文章得出的结论还要清晰可靠。它强迫你关注那些在日常CRUD中容易被忽略的细节，比如**迭代器失效规则**，这点对于构建健壮的并发或多线程程序至关重要。这本书的价值不在于它包含了多少知识，而在于它用最精炼的语言，帮你锁定了那些最容易出错的关键知识点，对于快速建立起对STL的“敬畏感”和“掌控感”非常有帮助。

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作为一名从事底层系统优化的工程师，我的日常工作就是和内存布局、缓存一致性以及编译器的优化行为打交道。对于我们这类人来说，STL 绝不仅仅是方便的抽象层，它更是一个需要被精确控制的运行时实体。我对于工具书的要求一向苛刻，它必须足够底层，能够触及到实现细节，而不是停留在面向对象的设计模式层面。这本书在这方面表现得相当出色。它不仅仅罗列了函数签名，更深入地探讨了不同容器背后的内存分配策略，以及特定算法在迭代过程中的行为模式。比如，当我需要写一个高度定制化的分配器时，这本书提供的那些关于容器内部数据结构如何与分配器交互的简洁描述，简直是查阅手册的捷径。我不再需要翻阅那些冗长晦涩的 ISO 标准文档，这本书就像是一个已经消化完标准文档，并提炼出最核心“操作手册”的资深专家坐在我旁边。它的参考价值体现在对“为什么”和“如何高效地”的精准解答上，这对于追求极致性能调优的我来说，是不可替代的资源。

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2011-11-07

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