Основные понятия стандартной библиотеки С++
Данная статья определяет основные понятия стандартной библиотеки С++. Она приводится для того чтобы на неё ссылаться в дальнейшем.
Наибольшей частью стандартной библиотеки С++ является библиотека STL (Standard Template Library – Стандартная Библиотека Шаблонов). Библиотека STL содержит пять основных видов компонентов:
Из определения контейнера следует, что любая пользовательская структура данных является контейнером. В нашем случае контейнеры есть стандартные структуры данных, такие как список (list), вектор (vector), словарь (map) и многие другие. Формальные требования к контейнерам довольно обширны, но основным является правило доступа к элементам. Доступ к элементам контейнера осуществляется через специальные объекты — итераторы (см. ниже). Вы можете не знать, как располагаются элементы контейнера в памяти, однако вы точно знаете, что итераторы можно перебрать последовательно, и каждый из них предоставит доступ к элементу. Итератор, указывающий на первый элемент, можно получить при помощи метода iterator begin(); контейнера. Итератор, указывающий за последний элемент, можно получить при помощи метода iterator end(); контейнера. Другими словами, итераторы располагаются в полуинтервале (или полуотрезке), что можно формально записать как [begin, end). Пример объявления контейнера:
В ожидаемом стандарте С++20 предложено использовать структуру, инкапсулирующую полуинтервалы — ranges
Итератор — объект, предоставляющий доступ к элементам контейнера и позволяющий их перебирать. Итератор является свойством контейнера. В первых реализациях стандартной библиотеки С++ итератор реализовывался как указатель на элемент контейнера. В современных реализациях это класс, инкапсулирующий указатель на объект контейнера.
Основные требования к итераторам — наличие операторов разыменования и инкремента. Ниже объявление контейнера с итератором.
Я не могу дать лучшего определения алгоритма чем стандартное: алгоритмом называется последовательность действий, приводящая за конечное число шагов к необходимому результату.
В случае STL, алгоритмы реализуются шаблонными функциями, которые в качестве входных параметров принимают полуинтервалы итераторов. Общая сигнатура данных алгоритмов описывается следующим образом:
В объявлении класса можно переопределить оператор (). Если этот оператор в классе переопределен, то объекты этого класса получают свойства функций (их можно использовать как функции). Такие объекты называются функциональными или функторами. Функторы удобно использовать, когда функция должна обладать «памятью», а также, как замена указателей на функции.
Начиная со стандарта С++11 существует возможность краткой записи функторов — лямбда-функции.
Каких-либо специальных требований к функторам нет. Разве что иногда может требоваться наследование от функтора function (до стандарта С++11 — unary_function или binary_function). Небольшой пример реализации функтора:
Также STL предлагает ряд классов и функций (фукнторов), которые преобразуют интерфейс к нужному. В частности, есть адаптер stack, который на основе контейнеров реализует, соответственно, стэк. В качестве примера можно рассмотреть адаптер бинарной функции к унарной (на данный момент эта функция объявлена в стандарте С++ устаревшей):
Стандартная библиотека языка C++
В языке программирования C++ термин Стандартная Библиотека означает коллекцию классов и функций, написанных на базовом языке. Стандартная Библиотека поддерживает несколько основных контейнеров, функций для работы с этими контейнерами, объектов-функции, основных типов строк и потоков (включая интерактивный и файловый ввод-вывод), поддержку некоторых языковых особенностей, и часто используемые функции для выполнения таких задач, как, например, нахождение квадратного корня числа. Стандартная Библиотека языка C++ также включает в себя спецификации стандарта ISO C90 стандартной библиотеки языка Си. Функциональные особенности Стандартной Библиотеки объявляются внутри пространства имен std.
Стандартная библиотека шаблонов (STL) — подмножество стандартной библиотеки C++ и содержит контейнеры, алгоритмы, итераторы, объекты-функции и т. д. [источник не указан 1011 дней] Хотя некоторые программисты используют термин «STL» вместо (или попеременно) с термином «Стандартная библиотека C++».
Заголовочные файлы стандартной библиотеки C++ не имеют расширения «.h».
В стандартной библиотеке C++ — последние расширения C++ стандарта ANSI (включая библиотеку стандартных шаблонов и новую библиотеку iostream). Она представляет собой набор файлов заголовков. В новых файлах заголовков отсутствует расширение H. [1]
Содержание
Стандартные заголовочные файлы
Нижеперечисленные файлы содержат объявления Стандартной Библиотеки.
Контейнеры
Общие
Строковые
Поточные и ввода-вывода
Числовые
Языковая поддержка
Стандартная Библиотека языка Си
См. также
Литература
Ссылки
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Стандартная библиотека языка C++» в других словарях:
Стандартная библиотека языка Си — Стандартная библиотека языка программирования С assert.h complex.h ctype.h errno.h fenv.h float.h inttypes.h iso646.h limits.h locale.h math.h setjmp.h signal.h stdarg.h stdbool.h stddef.h … Википедия
Стандартная библиотека — языка программирования набор модулей, классов, объектов, констант, глобальных переменных, шаблонов, макросов, функций и процедур, доступных для вызова из любой программы, написанной на этом языке и присутствующих во всех реализациях языка.… … Википедия
Стандартная библиотека шаблонов — Стандартная библиотека языка программирования C++ fstream iomanip ios iostream sstream Стандартная библиотека шаблонов … Википедия
Стандартная библиотека Python — Богатая стандартная библиотека является одной из привлекательных сторон языка программирования Python. Здесь имеются средства для работы со многими сетевыми протоколами и форматами интернета, например, модули для написания HTTP серверов и… … Википедия
Библиотека (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Библиотека (значения). Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтвержд … Википедия
Bionic (библиотека) — У этого термина существуют и другие значения, см. Bionic (значения). Bionic Тип стандартная библиотека языка Си Разработчик Google Написана на С Операционная система Android Лицензия … Википедия
free (функция языка Си) — У этого термина существуют и другие значения, см. Free. free (англ. освобождение) функция стандартной библиотеки языка Си, предназначенная для освобождения ранее выделенной динамической памяти. Содержание 1 Описание функции … Википедия
Список библиотек шаблонов языка C++ — Нижеследующий список библиотек шаблонов языка C++ содержит перечень различных библиотек шаблонов, доступных для использования при написании программ на языке программирования C++. Общего назначения Стандартная библиотека шаблонов (STL) Boost… … Википедия
Free (функция языка Си) — free (англ. освобождение) функция стандартной библиотеки языка Си, предназначенная для освобождения ранее выделенной динамической памяти. Содержание 1 Описание функции 2 Назначение … Википедия
Vector (C++) — Стандартная библиотека языка программирования C++ fstream iomanip ios iostream sstream Стандартная библиотека шаблонов algorithm … Википедия
Стандартная библиотека
Стандартная библиотека языка программирования — набор модулей, классов, объектов, констант, глобальных переменных, шаблонов, макросов, функций и процедур, доступных для вызова из любой программы, написанной на этом языке и присутствующих во всех реализациях языка.
Содержание
История
В ранних языках программирования (таких как Фортран, Алгол, Кобол, Бейсик) функциональность, не связанная непосредственно с языком, но необходимая для создания большинства реальных программ, включалась непосредственно в язык и нередко реализовывалась непосредственно на уровне транслятора или среды исполнения (для интерпретируемых языков). К числу таких функций относились прежде всего те, которые было невозможно, неудобно или неэффективно реализовывать средствами самого языка программирования: команды ввода-вывода, вычисление стандартных математических и логических функций, специфические операции с некоторыми типами данных, работа с внешними устройствами, с «сырой» памятью, взаимодействие с операционной системой и прочее. Такой подход был не лишён недостатков: компилятор оказывался привязан не только к архитектуре компьютера, которая статична и меняется не так часто, но и к его программной среде, в первую очередь — к операционной системе, которая может меняться гораздо чаще.
В 1970-х годах в процедурных языках широко распространилась концепция модульности. Появились синтаксические средства для описания программы как набора относительно независимых модулей. Естественным следствием стало то, что разработчики языков программирования стали выносить входившие ранее в состав языков универсальные функции во внешние библиотечные модули и подключать эти модули к программам при необходимости. Но исключение стандартных функций из языка могло привести к проблемам совместимости: каждый производитель компилятора мог предоставлять собственные библиотеки. Поэтому вместе со спецификацией языка программирования разработчики начали предлагать спецификацию на стандартную библиотеку — ту часть программного окружения, которая обязана присутствовать в любой реализации данного языка. С этого момента любая реализация того или иного языка программирования разделяется на три части: реализация собственно языка (компилятор), реализация стандартной библиотеки и дополнительные средства (среда разработки, редактор связей, средства документирования, дополнительные библиотеки), которые обычно не стандартизируются вместе с языком, хотя на них могут существовать отдельные стандарты. Теоретически, любой программист, использующий только стандартные языковые средства и стандартную библиотеку, может быть уверен, что его программа будет работать одинаково на любой платформе.
В некоторых случаях стандартная библиотека описывается непосредственно в стандарте языка (Python, Perl, Java), в некоторых — отдельными стандартами (Си), иногда она определяется исходя из практического наличия функций в реализациях языка (Basic, Pascal).
Типовые подходы к проектированию
Существуют два подхода для определения круга задач, которые должна выполнять стандартная библиотека языка программирования.
Состав
В зависимости от возможностей языка, стандартная библиотека может содержать:
Обычно стандартная библиотека содержит основные алгоритмы и структуры данных, необходимые для:
Бьёрн Страуструп выдвинул следующие 11 принципиальных требований к средствам, предлагаемым стандартной библиотекой:
Реализация в синтаксисе языка
В некоторых языках функции ввода/вывода являются частью синтаксиса самого языка (например, Basic, Pascal, Python) и не могут быть воспроизведены как самостоятельные функции (процедуры). С одной стороны, это позволяет создавать более гибкий синтаксис для операторов вывода (например, оператор вывода на экран writeln в Pascal существенно проще по синтаксису чем функция printf в стандартной библиотеке языка Си), с другой стороны, это усложняет синтаксис языка и затрудняет использование компилятора языка для создания программ не использующих эти возможности (например, в встраиваемых компьютерах).
Стандартная библиотека языка Си
Стандартной библиотекой языка Си (также известная как libc, crt) называется часть стандарта ANSI C, посвященная заголовочным файлам и библиотечным подпрограммам. Является описанием реализации общих операций, таких как обработка ввода/вывода и строк, в языке программирования Си. Стандартная библиотека языка Си — это описание программного интерфейса, а не настоящая библиотека, пригодная для использования в процессе компиляции.
Содержание
Структура
Имя и характеристики каждой функции указываются в файле, именуемым заголовочным файлом, но текущая реализация функций описана отдельно в библиотечном файле. Наименование и возможности заголовочных файлов становятся общими, но организация библиотек по-прежнему остается разнотипной. Стандартная библиотека обычно поставляется вместе с компилятором. Так как компиляторы языка Си часто обеспечивают расширенную функциональность, не определенную стандартом ANSI C, стандартная библиотека одного компилятора несовместима со стандартными библиотеками других компиляторов.
Мнения о структуре
Большая часть стандартной библиотеки языка Си производит впечатление удачно спроектированной. Некоторые отдельные части, дававшие преимущество в прошлом, могут провоцировать ошибки. Функции строкового ввода gets() (и применение scanf() для считывания вводимых строк) являются источником множества переполнений буфера, поэтому большинство руководств по программированию советуют избегать подобных приемов. Функция strcpy() также весьма печально знаменита. Ещё одной неоднозначной функцией является strtok() — функция, разработанная как простейший лексический анализатор, но имеющая множество «подводных камней» и потому весьма трудная в использовании.
Выбор применения типа size_t вместо int для числа элементов, указанных для fread() и fwrite() является несовместимым с разработанной общей семантикой для size_t (для представления количества байтов). [источник не указан 506 дней]
stdio достаточно ограничен (слишком высокий уровень для использования во многих ситуациях) и стандарт не позволяет пользователю самостоятельно переназначать или расширять его свойства. В итоге, для множества приложений разрабатываются собственные библиотеки-обертки вокруг механизмов более низкого уровня и функций, реализуемых ОС, таких как POSIX. Например, stdio не работают с сигналами или асинхронными непакетными режимами ввода-вывода, которые широко используются в сетевых серверах. В итоге, только серверы, использующие модель целого процесса для клиента, могут полностью полагаться на функции stdio для обслуживания их на POSIX-совместимых системах в пакетном режиме ввода-вывода.
Определенных функций стандартной библиотеки нужно избегать при разработке многопоточных приложений. Примитивы контроля потоков предназначались для оставшейся части ОС и игнорируют общие стандарты, как например, библиотеку потоков POSIX, ожидая, что программисты языка Си, самостоятельно об этом позаботятся работая с повторным использованием и синхронизацией. Ни язык Си, ни его стандартная библиотека никак не проверяют подобные системноспецифичные результаты.
История
Язык программирования Си до стандартизации не обеспечивал встроенной функциональности, как, например, операции ввода-вывода (в отличие от таких традиционных языков, как Кобол и Фортран). Позже, в сообществе программистов, работавших с языком Си, зародились идеи, которые реализовались в то, что мы сейчас называем Стандартной библиотекой языка Си, для поддержки этой функциональности. Большинство этих идей в итоге объединились в определении стандарта языка программирования Си.
И Unix, и Си были созданы в AT&T’s Bell Laboratories в конце 1960-х — начале 1970-х. В 1970-е язык программирования Си начал пользоваться невероятной популярностью. Множество университетов и организаций начали создание собственных вариантов языка, более подходящих для собственных нужд. С началом 1980-х проблемы совместимости между различными реализациями языка Си стали слишком очевидными. В 1983 году Американский национальный институт стандартов (ANSI) сформировал комитет для принятия стандарта языка Си, известный как «ANSI Си». Эта работа вылилась в создание так называемого стандарта C89 в 1989. Часть итогового стандарта была набором библиотек, названная Стандартная библиотека ANSI Си.
Последующие версии стандарта языка Си добавляли некоторые новые и наиболее полезные заголовочные файлы в библиотеку. Поддержка этих новых расширений зависела от реализации.
Стандарт ANSI
Стандартная библиотека ANSI Си состоит из 24 заголовочных файлов, каждый из которых можно подключать к программному проекту при помощи одной директивы. Каждый заголовочный файл содержит объявления одной или более функций, определения типов данных и макросы. Содержание этих заголовочных файлов перечисляется ниже.
В сравнении с некоторыми другими языками (например Java) стандартная библиотека крайне мала. Библиотека обеспечивает поддержку основного набора математических функций, обработку строк, конвертацию типов, файловый и консольный ввод-вывод. Она не содержит стандартный набор «контейнерных типов» как стандартная библиотека шаблонов языка C++, компоненты для работы с графическим пользовательским интерфейсом (GUI), сетью и прочей разнообразной функциональности, которую Java поддерживает по стандарту. Главным преимуществом маленькой стандартной библиотеки является упрощение работы с окружением ANSI Си по сравнению с другими языками, а следовательно и упрощение портирования программ на языке Си на новые платформы.
Множество прочих библиотек было разработано для поддержки схожей функциональности, обеспечиваемой другими языками в их стандартных библиотеках. Например, в проекте разработки окружения рабочего стола GNOME был разработан набор графических инструментов GTK+ и GLib — библиотека контейнерных структур данных, как впрочем и множество других известных примеров. Разнообразие доступных библиотек означает, что некоторые инструменты верхнего уровня, со временем подтвердили свою полезность. Значительным минусом является то, что они часто не слишком успешно взаимодействуют друг с другом, поэтому программистам зачастую привычнее работать с различными наборами библиотек, а их наборы могут быть доступны на различных специфических платформах.
Библиотечные заголовочные файлы ANSI Си
Стандартная библиотека Си в других языках
Общая поддержка библиотек
Стандартная библиотека языка Си только регламентирует наличие вышеупомянутых подпрограмм и их поведение. Так как реализация компилятора может зависеть от наличия этих дополнительных функций, то все зависит от того, какие подпрограммы собраны в Стандартную библиотеку языка Си, таким образом любая программа, разработанная с их помощью, будет нуждаться в них.
Хотя часто путают их со Стандартной библиотекой языка Си из-за их комплектации, библиотека CRT не является стандартизированной частью языка и зависит от особенностей поставки программного продукта.
Встроенные функции компилятора
Некоторые компиляторы (например, GCC [1] ) поддерживают внутренние версии множества функций Стандартной библиотеки языка Си; то есть, реализации функций записываются в компилируемый объектный модуль, а программа вызывает внутренние версии вместо функций общей библиотеки Си. Это уменьшает накладные расходы при вызове функции, особенно если вызов функции заменяется встроенными вариантами, и разрешается использование других форм оптимизации (если компилятор поддерживает управление характеристиками внутренних вариантов), но может приводить к проблемами при отладке (например, внутренние версии не могут быть заменены инструментальными версиями для проверки).
Стандартная библиотека POSIX
POSIX (и SUS) определяют число подпрограмм, которые могут быть доступны помимо определенных в Стандартной библиотеке языка Си; они часто реализуют аналогичную функциональность со Стандартной библиотекой с различной степенью схожести. Например, glibc реализует такие функции как fork в libc.so, но перед вызовом библиотеки потоков объединяются в glibc, хотя это заявлено как отдельная библиотека с собственным флагом линковщика. Зачастую, такая POSIX-совместимая функциональность рассматривается как часть библиотеки; соответствующая библиотека Си, таким образом, может быть идентифицирована как ANSI или ISO библиотека языка Си.
Реализации
Существует множество реализаций, поставляемых как с различными операционными системами, так и с компиляторами языка Си. На BSD системах, к примеру, системная библиотека встроена в операционную систему и поддерживается общим репозиторием исходников. На большинстве систем библиотека может быть найдена под именем « libc ».
Хотя существует очень много реализаций, вот небольшой список самых популярных библиотек:
Изучаем C++. Часть 8. Библиотеки и пространства имён
Разбираемся, как ускорить работу с кодом в несколько раз, используя готовые решения.
Это восьмая часть из серии статей «Глубокое погружение в C++». В прошлой статье мы узнали, как хранить данные в массивах. Сегодня — ещё интереснее.
Недавно мы говорили о том, что многие функции уже написаны другими разработчиками и помещены в специальные библиотеки. Если такая библиотека входит в состав языка или находится в открытом доступе, то вы можете использовать все её возможности.
Это очень удобно, и многие специально пишут универсальные библиотеки, которые пригодятся в самых разных проектах. Давайте разберёмся с библиотеками подробнее и научимся создавать свои.
Пишет о программировании, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.
Пространства имён в C++
Пространство имён (англ. namespace) — это группа взаимосвязанных функций, переменных, констант, классов, объектов и других компонентов программы.
С самого начала изучения C++ мы используем команду std: cout, чтобы выводить данные в терминал. На самом деле команда называется просто cout, а std — это пространство имён, в котором она находится.
Пространства имён нужны, чтобы логически связывать части программы. Например, математические функции, физические, бухгалтерские и так далее.
Вот пример создания пространства имён:
Мы объединяем в группу несколько разных команд и избегаем конфликтов имён. Это нужно, когда в какой-то из подключённых вами библиотек уже есть функция, например sum (). По пространству имён программа поймёт, какая именно функция вам нужна.
Если же вы хотите сократить код, то используйте команду using:
В данном случае команда говорит, что вам нужны имена из mynames и std, поэтому никакой ошибки выведено не будет.
Также после using можно указать не целое пространство имён, а только отдельную функцию или переменную:
Файлы заголовков в C++
Пространство имён из примера выше можно перенести в отдельный файл, чтобы потом подключить его к другой программе и избавиться от дополнительного кода в основном файле.
Здесь нет функции main (), потому что этот код — не самостоятельная программа, а библиотека для других программ. Следовательно, точка входа здесь не нужна. Также мы не подключаем iostream, потому что не собираемся ничего выводить, но вы можете добавить в свой заголовок любые другие файлы.
Поместите mylib.h в папку, где находится ваша программа. Затем добавьте в начало кода команду:
Обратите внимание на двойные кавычки вместо угловых скобок: первые используются для локальных заголовков, а вторые — для системных.
Теперь вы можете использовать весь функционал из этой библиотеки:
Вот что будет выведено:
Обратите внимание, что функция pow, как и другие математические функции, существует также и в библиотеке cmath.
Заключение
Библиотеки и пространства имён — это полезные инструменты для каждого разработчика. В интернете есть готовые решения для любых задач, поэтому многие работодатели ищут специалистов, которые разбираются в определённой библиотеке.
Если вы часто работаете над однотипными проектами, можете написать для себя библиотеку и подключать её во все проекты, чтобы ускорить работу. Однако новичкам стоит стараться писать код каждый раз заново — так вы сможете его постоянно переосмысливать и замечать то, чего раньше не замечали.
Если вы хотите освоить С++, то можете пройти наш курс. В нём все аспекты языка разбираются детально и на практике, а в конце каждого задания вы получаете обратную связь от преподавателей.
