C++标准库的学习笔记

guitarhua 2013-12-16

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C++标准库的学习笔记

    C++标准库是个极为庞大的体系，因此面面俱到的介绍几乎是不可能的。而且任何一个系统都有其复杂的一面，我觉得即使是只介绍 C 的标准库其工作量也是巨大的，所以我这次整理的内容只也是从宏观入手。介绍 C++标准库相关细节的文章（或书籍）有不少，不同的文章也有各自的侧重点。我觉得了解C++标准库有助于加深对 C++ 的理解，因此我想整理一下自己的学习心得，也可以使大家从另一个角度认识一下 C++。因为我曾经看到有位版主也说过 string 类的底层是 vector<char> 这么不靠谱的话，所以才觉得介绍介绍这些方面的知识也挺有意义。
    语法并不是一个语言的全部，学习一门语言的精力经常是放在学习它的库上，或是内置库，或是扩展库，第三方库。不过精力应该放在学习库的用法上，而不是掌握库的结构或实现，所以我这篇文章准备谈及的内容也比较偏，不过依然有可能激发一些人的学习兴趣。大家应该了解，语法像 C++ 这般复杂的语言是绝无仅有的，很多简单的语言，只要愿意，半小时就能学尽它的语法，并且这种语言依然很有效。（对于熟悉 Linux 的人来说，一个很好的例子是 bash，即使它对 sh 的语法做了如此之多的扩展，你仍能在半小时之内掌握它的全部语法。）
    我这么说的意图是，即使通晓C++的语法（先不论是否能够通晓）也许也无法理解它的设计哲学。标准库也是 C++ 的一个很重要的组成部分，这是我觉得这篇文章确实值得一写的另一个原因。

标准库的组成：
    前言就到此为止。从最宏观的层面上看，C++标准库由十个部分组成：语言支持、诊断、通用工具、字符串、本地化、容器、迭代器、通用算法、数值算法和I/O。相信其中有很多是大家已经熟知的了，我也不会详细地介绍每个部分。关于容器、迭代器和算法相关的细节与原理，我认为参考侯捷老师的《STL源码剖析》是非常适宜的。虽然其中也有少量的错误的，但无法掩盖它的价值。相信我的这篇文章错误会更多，因为我对 C++ 确实知之甚少。

名空间std：
    所有的标准库定义的东西，除了宏、operator new 和 operator delete（马上我就会解释宏，而 new 和 delete 我将在介绍语言支持的时候介绍）都在 std，或者是内嵌在 std 里的名空间里面。
（也许大家不熟悉这种语法。下面的例子定义了两个名空间 outer 和 inner。inner 就是内嵌在 outer 里的。它们都独立于 std：

程序代码：

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

namespace outer {
    int a = 5;
    namespace inner {
        int a = 10;
    }
}
using namesapec outer;

int main()
{
    cout << a << endl;     // 输出：5
    cout << inner::a << endl; // 输出：10

    return 0;
}

)

头文件组成：
C++ 标准库一共包含 33 个C++ 头文件：

和 18 个 C的标准库头文件：

    再次强调，所有的头文件都不以 .h 结尾。且除了宏以外，都定义在名空间std 里。宏是预处理对象，它不在名空间里是件很自然的事情，因为对宏的处理发生在编译之前。但这经常引起混淆，比如 errno （在 <cerrno> 里）就是一个宏。如果以为它是一个 int，从而使用 std::errno 这样的语句，那么就会出错，而且往往编译器报的错误看上去还非常古怪。另外有一些看上去像函数的宏也常常引发问题，不过这个概率要小一些，因为在 C 的实践中，它们也老出问题，从而累积了不少经验。

以下划线开始的标识符：
    标准规定，以双下划线开始（如 __USE_GNU）或者以单下划线开始并跟一个大写字母（如_M_gcount，这两个标识符出自 gcc）的名字是保留给实现的（也就是说标准库里不用这样的名字）；任何以单下划线开始的名字是保留给实现和标准库的。所以我们应当避免自己定义这样的名字，这样可以使阅读代码的人很清楚，一但下划线出现，必然是在引用标准库或者实现的特性。

库函数的可重入性：
    标准并没有规定 C++ 的库函数是否是可重入的，这就需要程序员自己斟酌可能出现的情况。

    OK，对标准库的概述就是这样，是不是感觉也很简单？我希望我可以做到深入浅出。当然这只是个开始，我马上准备介绍的是语言支持。如果有时间，我还准备陆续介绍一下标准库的那其它组成部分。我很乐意看到大家提出意见或建议。

[ 本帖最后由 pangding 于 2012-4-3 09:14 编辑 ]

语言支持（已完成，非常长）：
http://bbs./thread-364885-1-1.html
诊断（已完成）：
http://bbs./thread-366209-1-1.html