C++ - 标准库

本文是阅读 Professional C++, third edition 中文版¹的读书笔记.

C++标准库的核心是泛型容器和泛型算法. 包括标准模板库(Standard Template Library, STL).

所有标准库类和函数都在 std 名称空间中声明. 包括如下组件:

字符串

定义在头文件 <string> 中的 string 类.

正则表达式

定义在头文件 <regex>.

I/O流

定义在头文件 <fstream>, <iomanip>, <ios>, <iosfwd>, <iostream>, <istream>, <ostream>, <sstream>, <streambuf> 和 <strstream> 中.

智能指针

定义在头文件 <memory> 中的 unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr.

异常

定义在头文件 <exception>, <stdexcept> 和 <system_error>.

数学工具

• 定义在头文件 <complex> 中的复数类 complex.
• 定义在头文件 <ratio> 中的有理数运算库.
• 定义在头文件 <valarray> 中的 valarray 类(与 vector 类类似, 但是对高性能数值应用做了特别的优化).
• 定义在头文件 <limits> 中的 numeric_limits 类模板, 如
  • numeric_limits<int>::max()
  • numeric_limits<int>::min()
  • numeric_limits<int>::lowest()
  • numeric_limits<double>::max()
  • numeric_limits<double>::min()
  • numeric_limits<double>::lowest()

时间工具

定义在头文件 <chrono> 中的 Chrono 库.

随机数

定义在头文件 <random> 中的随机数库.

初始化列表

定义在头文件 <initializer_list> 中的初始化列表(用于编写参数数目可变的函数).

Pair

定义在头文件 <utility> 中的 pair 模板, 用于存储两种不同类型的元素. 这称为存储异构元素. 每个值的类型都应该在编译时确定. C++14添加了一个功能, 允许根据类型使用 std::get<T>() 从tuple中提取元素, 其中T是要提取的元素的类型(而不是索引). 创建tuple的另一种方法是使用 std::make_tuple() 工具函数. 这个函数只需要实际值, 在编译时会自动推导出类型(所以不能通过 & 来指定引用). 如果需要通过 make_tuple() 生成一个包含引用或常量引用的tuple, 那么需要分别使用定义在头文件 <functional> 中的 ref() 和 cref(). 通过 std::tuple_cat() 可将两个tuple串联为一个tuple.

Tuple

定义在头文件 <tuple> 中的 tuple 是 pair 的一种泛化, 它是固定大小的序列, 元组的元素可以是异构的, 其实例化的元素数目和类型在编译时固定不变.

函数对象

实现了函数调用运算符的类的对象称为函数对象. 函数对象可以用作某些STL算法的谓词. 头文件 <functional> 定义了一些预定义的函数对象, 支持根据已有的函数对象创建新函数对象.

多线程

• 单个线程可以用头文件 <thread> 中的 thread 类创建.
• 定义在头文件 <atomic> 中的原子性提供了对一段数据的线程安全的原子访问.
• <condition_variable> 和 <mutex> 提供了其他线程同步机制.
• 如果只需计算某个数据得到结果, 并具有相应的异常处理, 使用定义在头文件 <future> 中的 async 和 future 要比直接使用 thread 类更容易.

类型特质

定义在头文件 <type_traits> 中的类型特质提供了编译期间的类型信息. 编写高级模板时可以使用它.