В языке программирования C++ стандартная библиотека C++ представляет собой набор классов и функций , которые написаны на основном языке и являются частью самого стандарта C++ ISO . [1]
Стандартная библиотека C++ предоставляет несколько универсальных контейнеров, функций для использования и управления этими контейнерами, объекты функций, универсальные строки и потоки (включая интерактивный и файловый ввод-вывод), поддержку некоторых языковых функций и функций для общих задач, таких как нахождение квадратного корня числа. Стандартная библиотека C++ также включает большинство заголовков стандартной библиотеки ISO C, заканчивающихся на ".h", но их использование было объявлено устаревшим (устаревание отменено с C++23 [2] ). [3] C++23 вместо этого считает эти заголовки полезными для взаимодействия с C , и не рекомендует их использовать вне программ, которые предназначены как для допустимых программ C и C++. Никакие другие заголовки в стандартной библиотеке C++ не заканчиваются на ".h". Функции стандартной библиотеки C++ объявлены в пространстве std имен .
Стандартная библиотека C++ основана на соглашениях, введенных Стандартной библиотекой шаблонов (STL), и на нее оказали влияние исследования в области обобщенного программирования и разработчики STL, такие как Александр Степанов и Мэн Ли. [4] [5] Хотя Стандартная библиотека C++ и STL имеют много общих функций, ни одна из них не является строгим надмножеством другой. [ необходима ссылка ]
Примечательной особенностью стандартной библиотеки C++ является то, что она не только определяет синтаксис и семантику универсальных алгоритмов, но и предъявляет требования к их производительности. [6] Эти требования к производительности часто соответствуют известному алгоритму, который ожидается, но не является обязательным для использования. В большинстве случаев это требует линейного времени O( n ) или линейно-арифметического времени O( n log n ), но в некоторых случаях допускаются более высокие границы, такие как квазилинейное время O( n log 2 n ) для устойчивой сортировки (чтобы разрешить сортировку слиянием на месте ). Ранее сортировка требовала только O( n log n ) в среднем, что позволяло использовать быструю сортировку , которая быстра на практике, но имеет плохую производительность в худшем случае, но была введена introsort, чтобы обеспечить как быструю среднюю производительность, так и оптимальную сложность в худшем случае, и с C++11 сортировка гарантированно будет в худшем случае линейно-арифметической. В других случаях требования остаются более мягкими, например, для выбора , который должен быть линейным только в среднем (как в quickselect ), [7] не требуя линейности в худшем случае, как в introselect .
Стандартная библиотека C++ прошла стандартизацию ISO в рамках усилий по стандартизации C++ ISO в 1990-х годах. С 2011 года она расширялась и обновлялась каждые три года [8] с каждой редакцией стандарта C++.
Apache C++ Standard Library — еще одна реализация с открытым исходным кодом. Первоначально она была разработана в коммерческих целях компанией Rogue Wave Software , а затем передана в дар Apache Software Foundation . [9] Однако после более чем пяти лет без релиза совет Apache Software Foundation решил закрыть этот проект и перенести его в Apache Attic. [10]
Следующие библиотеки реализуют большую часть стандартной библиотеки C++:
С тех пор, как модули были введены в C++20 , поддержка стандартных библиотечных модулей отсутствовала до C++23 . Эти именованные модули были добавлены для включения всех элементов, объявленных как в глобальных, так и в stdпространствах имен, предоставляемых импортируемыми стандартными заголовками. Макросы не могут быть экспортируемыми, поэтому пользователи должны вручную включать или импортировать заголовки, которые выдают макросы для использования.
stdstdи глобальные функции выделения и освобождения памяти, предоставляемые импортируемыми заголовками библиотеки C++, включая средства библиотеки C (хотя они объявлены в стандартном пространстве имен).std.compatstd, а также дополнительно экспортирует функции в глобальном пространстве имен в библиотеках C.Следующие файлы содержат объявления стандартной библиотеки C++.
<any>std::any.<atomic>std::atomic, несколько его специализаций шаблонов и больше атомарных операций.<chrono>std::chrono::duration, std::chrono::time_pointи часы. Начиная с C++20 , было добавлено огромное количество временных функций: календари, часовые пояса, больше часов и форматирование строк хроно.<concepts><expected>std::expected, тип результата .<functional><generator><memory>std::unique_ptr.<memory_resource><optional>std::optional, необязательный тип .<scoped_allocator>std::scoped_allocator_adaptor.<stacktrace><stdexcept>std::logic_errorи std::runtime_error, оба являются производными от std::exception.<system_error>std::error_code<tuple>std::tuple, кортеж .<type_traits><utility>std::pair двух членов ), целочисленные последовательности времени компиляции, помощники в построении типов словаря, такие функции, как и и многое другое. Пространство имен для автоматической генерации операторов сравнения устарело в C++20 в пользу новых операторов сравнения по умолчанию.std::movestd::forwardstd::rel_ops<variant>std::variant, помеченный тип объединения .<compare><coroutine><exception>std::exceptionбазовый класс всех исключений, выдаваемых стандартной библиотекой.<initializer_list><limits>std::numeric_limits, используемый для описания свойств основных числовых типов.<new>newи deleteдругие функции и типы, составляющие основы управления памятью C++ .<source_location>__LINE__.<stdfloat><typeinfo><version><array>std::array, контейнер для массива фиксированного размера.<bitset>std::bitset— битовый массив .<deque>std::deque— двустороннюю очередь .<flat_map>std::flat_mapи std::flat_multimap.<flat_set>std::flat_setи std::flat_multiset.<forward_list>std::forward_list, односвязный список .<list>std::list— двусвязный список .<map>std::mapа std::multimapтакже отсортированный ассоциативный массив и multimap .<mdspan>std::mdspan, аналогичный , std::spanно представление является многомерным.<queue>std::queue, одностороннюю очередь и std::priority_queueприоритетную очередь .<set>std::setи std::multisetотсортированные ассоциативные контейнеры или наборы .<span>std::span, не владеющее представление, которое ссылается на любой непрерывный диапазон.<stack>std::stack, стек .<unordered_map>std::unordered_mapи хэш-std::unordered_multimap таблицы .<unordered_set>std::unordered_setи std::unordered_multiset.<vector>std::vector— динамический массив .<algorithm><execution><iterator><numeric><ranges><codecvt><locale><text_encoding><charconv><format>std::format.<string><string_view>std::basic_string_view, неизменяемое невладеющее представление для любой строки.<regex><filesystem><fstream><iomanip><ios><iosfwd><iostream><istream>std::istreamи другие вспомогательные классы для ввода.<ostream>std::ostreamи другие вспомогательные классы для вывода.<print>std::printподдерживаемые для потоков C и C++.<spanstream>std::spanstreamи другие фиксированные буферы символов для потоков ввода-вывода.<sstream>std::stringstreamи другие вспомогательные классы для работы со строками.<streambuf><syncstream>std::osyncstreamи другие вспомогательные классы для синхронизированных выходных потоков.<barrier>std::barrierповторно используемый барьер потока.<condition_variable><future><hazard_pointer>std::hazard_pointer.<latch>std::latchодноразовый барьер потока.<mutex><rcu><shared_mutex><semaphore><stop_token><thread>Компоненты, которые программы на C++ могут использовать для выполнения получисловых операций.
<bit><complex>std::complexи многочисленные функции для представления и обработки комплексных чисел.<numbers>std::numbers.<random><ratio><valarray>std::valarray, std::slice_array, std::gslice_array, std::mask_array, и std::indirect_array), два класса ( std::sliceи std::gslice) и ряд связанных шаблонов функций для представления и манипулирования массивами значений.Каждый заголовок из стандартной библиотеки C включен в стандартную библиотеку C++ под другим именем, которое создается путем удаления .h и добавления 'c' в начале; например, 'time.h' становится 'ctime'. Единственное отличие между этими заголовками и традиционными заголовками стандартной библиотеки C заключается в том, что, где это возможно, функции должны быть помещены в std::пространство имен. В ISO C функции в стандартной библиотеке разрешено реализовывать макросами , что не допускается в ISO C++.