C++语言学习（九）——C++标准库简介

C++语言学习（九）——C++标准库简介

1、C++标准库简介

一、C++标准库简介

C++标准库（C++ Standard Library），是类库和函数的集合。 
C++编译器厂商根据C++标准委员会官方的ISO规范并将其转化为代码。C++编译器厂商在实现C++标准库过程当中必须依赖其不一样操做系统所提供的系统调用接口，所以每一个平台都有其本身的C++标准库实现。
C++标准库的特色以下：
A、C++标准库不是C++语言标准的一部分，由类库和函数库组成。
B、C++标准库中定义的类和对象都位于std命名空间中。
C、C++标准库的头文件都不带.h后缀。
D、C++标准库涵盖了C库的功能。

二、C++编译环境

C++编译环境组成以下：

C++编译环境的组成以下：
A、不一样的C++编译器有本身不一样的C++扩展语法模块
B、不一样的C++编译器有相同的C++标准语法模块
C、不一样的C++编译器有本身的编译器扩展库
D、为了便于软件开发，不一样的C++编译器附带提供C语言兼容库，C语言兼容库头文件带.h后缀，如#include <stdio.h>，#include <math.h>等
E、C++标准库中包含一个涵盖C库功能的子库，一般头文件以c开头，如#include <cmath>，#include <cstring>等。
F、不一样的C++编译器都有C++编译器厂商实现的遵循C++标准的C++标准库，C++标准库有相同的功能接口，但内部实现不一样。

2、C++标准库实现

一、C++标准库实现简介

C++标准库是一组C++模板类，提供了通用的编程数据结构和函数，如链表、堆、数组、算法、迭代器等C++组件。C ++标准库包含了C标准库，并在C++标准中进行了定义。
C++编译器开发厂商根据C++标准委员会官方发布的C++ ISO规范并将其转化为代码。C++编译器厂商在编译器实现过程当中必须依赖其操做系统所提供的功能（读/写文件，分配内存，建立线程等系统调用），所以每一个平台都有其本身的标准库实现。

二、GNU/Linux版实现

在GNU/Linux上，C++标准库一般由libstdc++或GNU标准C++库项目实现。一般，全部常规的Linux发行版都默认使用libstdc++。

三、Mac和iOS版实现

在OS X Mavericks（V10.9）前的Mac OS上，libstdc++是默认C++标准库实现。自OS X Mavericks开始，Apple切换到使用libc++做为C++标准库实现。

四、Windows版实现

在Windows上，C++标准库的实现一直严格限定在微软官方的编译器Visual Studio中。Windows上的C++标准库一般称为C/C++运行时库（CRT），涵盖了C/C++两者的实现。
Windows最开始的C++标准库实现为CRTDLL.DLL库。Windows 95开始，Microsoft开始将其迁移到MSVCRT [版本号] .DLL（MSVCR20.DLL，MSVCR70.DLL等）上。 
Visual Studio 2015引入了深度的CRT重构。C/C ++标准库的实现迁移到一个新库，Universal C运行时库 (Universal CRT或UCRT)，编译为UCRTBASE.DLL。 UCRT从Windows 10开始做为操做系统的一部分提供。

五、Android版实现

Bionic是Google为其Android操做系统所编写的C标准库实现，直接在底层使用。第三方开发者能够经过Android原生开发工具包（NDK）访问Bionic，NDK可使用C和C++代码编写Android应用程序。
NDK提供了不少C++标准库版本的实现：
A、libc++，从Lollipop开始的官方安卓系统和现代Mac操做系统都将其做为C++标准库使用。从NDK发布17版本开始，成为NDK中惟一可用的C++标准库实现。
B、gnustl，libstdc++的别名，在NDK发布18中删除。
C、STLport，由STLport项目编写的C++标准库的第三方实现，自2008年以来一直处于不活跃状态。STLport在NDK发布18中移除。

六、其它实现版本

C++标准库也有不一样的实现版本：Apache版C++标准库，uSTL以及EASTL等等。Apache版本C++标准库注重可移植性。

3、C++标准库组成

一、 语言支持功能

<cstddef>：定义宏NULL和offsetof以及其它标准类型size_t和ptrdiff_t。与对应的标准C头文件的区别是，NULL是C++空指针常量的补充定义(C++11中已有关键字nullptr），宏offsetof接受结构或者联合类型参数，只要没有成员指针类型的非静态成员便可。
<limits>：提供与基本数据类型相关的定义。例如，对于每一个数值数据类型，它定义了能够表示出来的最大值和最小值以及二进制数字的位数。
<climits>：提供与基本整数数据类型相关的C样式定义，C++样式定义在<limits>中。
<cfloat>：提供与基本浮点型数据类型相关的C样式定义，C++样式定义在<limits>中。
<cstdlib>：提供支持程序启动和终止的宏和函数，还声明了许多其余杂项函数，例如搜索和排序函数，从字符串转换为数值等函数。<cstdlib>与对应的标准C头文件stdlib.h不一样，定义了abort(void)。abort()函数还有额外的功能，它不为静态或自动对象调用析构函数，也不调用传给atexit()函数的函数。它还定义了exit()函数的额外功能，能够释放静态对象，以注册的逆序调用用atexit()注册的函数。清除并关闭全部打开的C流，把控制权返回给主机环境。
<new>：支持动态内存分配。
<typeinfo>：支持变量在运行期间的类型标识。
<exception>：支持异常处理，是处理程序中可能发生的错误的一种方式。
<cstdarg>：支持接受数量可变的参数的函数。即在调用函数时，能够给函数传送数量不等的数据项。定义了宏va_arg、va_end、va_start以及va_list类型。
<csetjmp>：为C样式的非本地跳跃提供函数，在C++中不经常使用。
<csignal>：为中断处理提供C样式支持。

二、流输入/输出

<iostream>：支持标准流cin、cout、cerr和clog的输入和输出，还支持多字节字符标准流wcin、wcout、wcerr和wclog。
<iomanip>：提供操纵程序，容许改变流的状态，从而改变输出的格式。
<ios>：定义iostream的基类。
<istream>：为管理输出流缓存区的输入定义模板类。
<ostream>：为管理输出流缓存区的输出定义模板类。
<sstream>：支持字符串的流输入输出。
<fstream>：支持文件的流输入输出。
<iosfwd>：为输入输出对象提供向前的声明。
<streambuf>：支持流输入和输出的缓存。
<cstdio>：为标准流提供C样式的输入和输出。
<cwchar>：支持多字节字符的C样式输入输出。

三、 诊断功能

<stdexcept>：定义标准异常。
<cassert>：定义断言宏，用于运行时检查。
<cerrno>：支持C样式的错误信息。

四、工具函数

<utility>：定义重载的关系运算符，简化关系运算符的写入，还定义了pair类型，pair类型是一种模板类型，能够存储一对值。
<functional>：定义了许多函数对象类型和支持函数对象的功能，函数对象是支持operator()()函数调用运算符的任意对象。
<memory>：给容器、管理内存的函数和auto_ptr模板类定义标准内存分配器。
<ctime>：支持系统时钟函数。

五、字符串处理

<string>：为字符串类型提供支持和定义，包括单字节字符串(由char组成)的string和多字节字符串(由wchar_t组成)。
<cctype>：单字节字符类别。
<cwctype>：多字节字符类别。
<cstring>：为处理非空字节序列和内存块提供函数。不一样于对应的标准C库头文件，C样式字符串的通常C库函数被返回值为const和非const的函数对替代。
<cwchar>：为处理、执行I/O和转换多字节字符序列提供函数，不一样于对应的标准C库头文件，几个多字节C样式字符串操做的通常C库函数被返回值为const和非const的函数对替代。
<cstdlib>：为把单字节字符串转换为数值、在多字节字符和多字节字符串之间转换提供函数。

六、容器类模板

<vector>：定义vector序列模板，是一个大小能够从新设置的数组类型，比普通数组更安全、更灵活。
<list>：定义list序列模板，是一个序列的链表，经常在任意位置插入和删除元素。
<deque>：定义deque序列模板，支持在开始和结尾的高效插入和删除操做。
<queue>：为队列(先进先出)数据结构定义序列适配器queue和priority_queue。
<stack>：为堆栈(后进先出)数据结构定义序列适配器stack。
<map>：map是一个关联容器类型，容许根据键值是惟一的，且按照升序存储。multimap相似于map，但键不是惟一的。
<set>：set是一个关联容器类型，用于以升序方式存储惟一值。multiset相似于set，可是值没必要是惟一的。
<bitset>：为固定长度的位序列定义bitset模板，它能够看做固定长度的紧凑型bool数组。
<array>：（TR1）固定大小数组，支持复制。
<forward_list>：（c++11）单向列表，支持快速随机访问。
<unordered_set>：（TR1)无序容器set，其元素随机存放。multiset相似于set，可是值没必要是惟一的。
<unordered_map>：（TR1)无序容器map，其键值随机存放。multimap相似于map，但键不是惟一的。

七、迭代器

<iterator>：给迭代器提供定义和支持。

八、算法

<algorithm>：提供一组基于算法的函数，包括置换、排序、合并和搜索。
<cstdlib>：声明C标准库函数bsearch()和qsort()，进行搜索和排序。
<ciso646>：容许在代码中使用and代替&&。

九、数值操做

<complex>：支持复杂数值的定义和操做。
<valarray>：支持数值矢量的操做。
<numeric>：在数值序列上定义一组通常数学操做，例如accumulate和inner_product。
<cmath>：这是C数学库，其中还附加了重载函数，以支持C++约定。
<cstdlib>：提供的函数能够提取整数的绝对值，对整数进行取余数操做。

十、本地化

<locale>：提供的本地化包括字符类别、排序序列以及货币和日期表示。
<clocale>：对本地化提供C样式支持。

4、C++标准库使用示例

一、C++标准库使用示例

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    string s = "Hello, C++ Library.";
    cout << s <<endl;
    return 0;
}

上述代码中，使用了C++标准库中的string类和iostream流类。

二、C++标准库的C库子模块使用示例

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    string s = "Hello, C module of C++ Library.";
    cout << s <<endl;
    double d = sqrt(4.0);
    cout << d << endl;
    return 0;
}

上述代码中，使用了C++标准库中的string类、iostream流类，以及C++标准库中C库的cmath库。

三、C语言兼容库使用示例

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    const char* s = "Hello, C Compatible Library.";
    printf("%s\n", s);

    double d = sqrt(4);
    printf("%lf\n", d);
    return 0;
}

上述代码中，使用了C兼容库的stdio库和math库。

5、C++字符串类

一、C语言的字符串

C语言不支持真正意义上的字符串，但可使用字符数组和一组函数实现字符串操做。C语言不支持自定义类型，所以也不能定义字符串类型。

二、C++语言的字符串

C++语言能够自定义类型，能够经过类完成字符串类型的定义，但C++语言也没有原生的字符串类型。
C++语言经过C++标准库提供的string类型实现对字符串类型的支持。
string类的特性以下：
A、string直接支持字符串链接
B、string直接支持字符串的大小比较
C、string直接支持子串查找和提取
D、string直接支持字符串的插入和替换

三、C++字符串与数字的转换

C++标准库提供了相关类对字符串和数字进行转换。
字符串流类sstream用于string的转换。
使用字符串流类须要包含#include <sstream>头文件。
istringstream表示字符串输入流，ostringstream表示字符串输出流。

#include <iostream>
#include <sstream>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    //字符串转换为数字
    istringstream iss("3.14");
    double pi;
    if(iss >> pi)
    {
        cout << "PI = " << pi<< endl;
    }
    //数字转换为字符串
    ostringstream oss;
    if(oss << pi)
    {
        string PI = oss.str();
        cout << "PI = " << PI << endl;
    }

    return 0;
}

四、字符串循环右移示例

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

using namespace std;

string operator >> (const string& s, int n)
{
    string ret;
    unsigned int pos = 0;
    //右移位数计算
    n = n % s.length();
    //右移的开始位置
    pos = s.length() - n;
    //右移部分的子串做为起始
    ret = s.substr(pos);
    //链接未移动子串
    ret += s.substr(0,pos);
    return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    string s = "abcdef";
    cout << (s >> 3) << endl;//"defabc"
    return 0;
}

五、string类操做注意事项

string类内部经过一个数据空间保存字符数据，经过一个成员变量保存当前字符串的长度。所以，C++开发中不能使用C语言的方式对string的存储空间进行直接操做，而应该使用string提供的接口函数进行字符串操做。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    string s = "12345";
    s.reserve(20);
    //直接对string对象的存储空间进行操做
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        s[5+i] = 'a'+i;
    }
    cout << s << endl;//12345
    //string对象的存储空间修改结果以下：
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        cout << s[5+i] << endl;
    }
    //经过string类接口进行字符串操做
    s.append("ABCD");
    cout << s <<endl;//12345ABCD
    return 0;
}

上述代码中，直接对string对象的底层数据进行字符串操做后，使用string类的接口可能不能访问到对string对象底层数据的修改。