C++ Standard Library

C++ Standard Library

*注：内容主要是对參考1的学习记录。知识点与图片大都来源于该书，
部分知识点与图片来源于參考2。

详细參考信息，见最下方參考。

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C++98中新支持的语言特性

1. 非类型模板參数template<std::size_t N> class bitset;。
2. 模板类中的默认模板參数template<typename T, typename Allocator = std::allocator<T>> calss vector。
3. 关键字typename用来表示随后的标识符是一个类型。
4. 支持类的成员函数是成员模板函数，然而该成员函数不能是虚函数。
5. 支持嵌套类模板。
6. 基本类型的显示初始化int x = int();，该特性能够确保模板代码中随意类型的值都有一个初始化的默认值。

C++11中新支持的语言特性

1. 模板尖括号之间不再须要空格符了。vector<list<int>> // since c++11
2. 关键字nullptr // since c++11
3. 关键字auto // since c++11，自己主动类型推导，从变量的初始化器中推导出该变量的类型。
4. c++11支持统一的初始化形式，使用大括号。注意的是，{}初始化不能进行类型缩小转换。

   比如int x{2.0}; // is wrong。

5. c++11支持初始化列表，如int std::vector<int> v{2, 3, 4, 65}; // initializer list。注意，假设一个类声明了
   显示构造函数。则不可使用初始化列表。
6. c++11支持foreach循环。

7. c++11支持移动语义和右值引用，简单的说就是值传递的过程中不用再copy了，而是直接使用该值。

namespace std {
    template<typename T, ...> 
    class set {
    public:
        ... insert(const T& x); // for lvalues, copies the value
        ... insert(T&& x);      // for rvalues, moves the value

    };
}

1. 返回一个非静态的局部对象的右值引用时错误的。
2. c++11支持原生字符串（raw string）和多字节/宽字节字符串（multibyte/wide-character string）。
   R"(\\n)"; // raw string, begin with R(", and end with )"。为了能够在原生字符串中使用)"。须要使用
   分隔符。原生字符串的完整语法是R"delim(...)delim"，当中delim是一个至多16个基本字符的字符序列，而且delim中
   不能有反斜杠backslash。空白符whitespaces,与括号parentheses。如：

R"nc(a\
    b\nc()"
    )nc";

//等价于
"a\\\n   b\\nnc()"\n     "

多字节/宽字节字符串字面值

u8定义UTF-8字符串字面值
u定义cha16_t字符串字面值
U定义char32_t字符串字面值
L定义wchar_t字符串字面值

1. c++提供关键帧noexcept，指定一个函数不会抛出异常或不准备抛出异常，有异常必须在函数中处理完。c++异常规范是在
   执行时检查。而不是在编译时检查异常。

   执行时检查异常须要编译器产生额外的代码。从而可能会妨碍编译器优化。在泛型代码中。
   非常难知道对模板參数的操作会产生什么样的异常。

2. 关键字constexpr使表达式能过在编译期被计算出来。

3. c++11支持可变參数模板。

template<typename T, typename... Types>
void Test(T& x, Types& ... args) {
    ...
}

在变參模板内。使用sizeof…(args)。会返回參数的数目。

1. c++11使用模板的别名

template<typename T>
using Vec = std::vector<T>;
Vec<int> vec;
// 等价于
std::vector<int> vec;

1. c++11函数模板支持默认模板參数；c++11支持局部类型作为模板參数；c++11支持内部链接的函数
   作为非类型模板的函数指针或函数引用。

2. c++11支持Lambda表达式。
   [capture-list] (params) mutable exception attribute -> ret {body}
   capture-list: 逗号切割的捕获列表。[a, &b]a以值的形式被捕获，b以引用的形式被捕获。[this]以值的形式
   捕获this指针；[&]以引用的形式捕获全部的自己主动变量；[=]以值的形式捕获全部的自己主动变量；[]不捕获不论什么值。

3. c++11支持关键字decltype，编译器能够推导出表达式的类型。
   新的函数声明语法

template<typename T1, typename T2>
auto add(T1 x, T2 y) -> decltype(x + y);

支持作用域枚举(这个是我搞错了，作用域枚举是c++98/03就支持的)

enum struct|class name {enumerator = constexpr, enumerator = constexpr, ...};
enum struct|class name : type {enumerator = constexpr, enumerator = constexpr, ...};

1. c++11支持新的基本数据类型：char16_t, char32_t, long long, std::nullptr_t

C++中都有哪些命名空间

std
std::tr1
std::rel_ops
std::chrono
std::placeholders
std::regex_constants
std::this_thread
std::posix  // 未使用，保留

C++异常继承框架

语言级支持的异常类
bad_cast：定义在头文件<typeinfo>中。在执行时。dynamic_cast将一个类型转换为引用类型失败时。抛出该异常。

bad_typeid：定义在头文件<typeinfo>中。

在执行时，typeid的參数是0或者是null指针时。抛出该异常。
bad_exception：定义在头文件<exception>中，用来处理不可预料的异常错误。当函数抛出了一个异常，而该异常不在异常规范列表中时，
会调用unexpected()函数抛出bad_exception异常。

注意，c++11中已经不推进使用异常规范了。

逻辑错误（logic_error）
domain_error, invalid_argument, length_error, out_of_range(定义在头文件<stdexcept>);
future_error(定义在头文件<future>, c++11新支持的异常类)。

执行时错误（runtime_error）
range_error：范围错误。计算的结果不能由目的类型所完毕表示。在c++标准库中仅仅有std::wstring_convert::from_bytes和
std::wstring_convert::to_bytes会抛出该异常。

定义在头文件<stdexcept>
overflow_error：用来报告算术运算溢出(上溢)错误。在标准库中仅仅有std::bitset::to_ulong和std::bitset::to_ullong
会抛出该异常。定义在头文件<stdexcept>
underflow_error：定义在头文件<stdexcept>
system_error：用来报告有操作系统引起的错误。该异常的抛出一般是由并发操作所引起的，从c++11開始支持。
定义在头文件<system_error>。
bad_alloc：由全局new操作符引起的异常错误，定义在头文件<new>中。
bad_array_new_length:继承自bad_alloc，从c++11開始提供的异常类。用new分配一块内存时，大小超出了实现所定义的限制大小时，
会抛出该异常。
bad_weak_ptr:定义在头文件<memory>，c++11開始支持。

当由std::weak_ptr转换为std::share_ptr，而std::weak_ptr
所指向的对象已经删除了。会抛出该异常。
bad_function_call:定义在头文件<functional>，c++11開始支持。当函数对象为空对象时，调用该对象。由
std::function::operator()抛出该异常。

Callable

Callable类型是能够触发某些操作的类型，定义在std::function, std::bind, std::thread::thread，一个Callable对象能够是
一个函数对象，指向函数的指针，函数的引用，指向成员函数的指针。或者是指向数据成员的指针。

Utilities

template<typename T1, typename T2> struct pair; (<pair>)
template<typename... Types> class tuple;(<tuple>)
template<typename T, typename Deleter=std::default_delete<T>> class unique_ptr; (<memory)
template<typenameT, typname Deleter> class unique_ptr<T[], Deleter> (<memory)
template<typname T> class shared_ptr; (<memory)
template<typename T> class weak_ptr; (<memory)
注意在某一时刻仅仅能有一组shared pointers拥有某个对象，也就是说不能改对象构造多个shared_ptr对象，
仅仅能用该对象的shared_ptr对象去构造新的shared_ptr对象。
template<typename T> class enable_shared_from_this; (<memory)
template<typename T> struct default_delete; (<memory)
template<typename T> struct default_delete<T[]>; (<memory)
基本数据类型的最小大小：char 1, short int 2, int 2, long int 4, long long int 8, float 4, double 8, long double 8;
template<typename T> class numeric_limits; (<limits>)
注意c++11新增的头文件<type_traits>提供的编译时类型信息。
template<typename T> typename std::add_rvalue_reference<T>::type declval()
引用包装器：reference_wrapper （<functional>）
函数包装器：function（<functional>）
<algorithm>中提供了非常多仅仅读序列的操作，可写序列的操作，切割操作，排序操作，二分查找操作。集合操作，堆操作。求最大最小值操作。
注意。remove并没有实际删除元素。仅仅是将迭代器的指针向前移动来跳过remove的元素，所以原容器的大小并没改变，remove将返回新的尾部迭代器。
c++11提供了编译时的分数算术运算<ratio>。

c++11提供了新的时钟标准库<chrono>

The Standard Template Library

容器(containers) 迭代器(iterators) 算法(algortithms)
STL将数据与对数据的操作相分离。数据由容器来管理。操作由算法来完毕，通过迭代器来连接算法与容器。

STL容器分类：
序列容器：array，vector，deque，list，forward_list。通常由数组与链表实现。

关联容器：set, multiset, map, multimap。通常由红黑树实现。
无序关联容器：unordered_set, unordered_multiset, unordered_map, unordered_multimap。

通常由哈希表实现。
容器适配器：stack。queue，priority_queue。

STL迭代器分类：
ForwardIterator， BidirectionalIterator， RandomAccessIterator
InputIterator（仅仅能前向迭代）， OutputIterator（仅仅能前向迭代）

迭代器分类	功能	提供该迭代器的类、函数或数据结构
OutputIterator	前向写	ostream，inserter
InputIterator	一次前向读	istream
ForwardIterator	前向读	forward_list, unordered associative containers
BidirectionalIterator	双向读	list，associative containers
RandomAccessIterator	随机读	array。vector。deque。string，C-style array

流迭代器：
istream_iterator
ostream_iterator
istreambuf_iterator
ostreambuf_iterator

迭代器适配器：
类
reverse_iterator 逆序遍历
move_iterator 解引用转换右值引用
insert_iterator 插入到容器
back_insert_iterator 插入到容器尾
front_insert_iterator 插入到容器头
函数
make_reverse_iterator 创建一个reverse_iterator
make_move_iterator 创建一个move_iterator
front_inserter 创建一个front_insert_iterator
back_inserter 创建一个back_insert_iterator
inserter 创建一个insert_iterator

作为容器的元素必须满足下面三个要素：
该元素可拷贝或移动；该元素可赋值；该元素能够被销毁；

注意c++标准模板库仅支持值语义。

注意vector重分配空间后，对原来vector中的元素的引用，指针，和迭代器将会无效。
注意vector特化了一个vector<bool>版本号。更加节省空间。

deque的内部实现，可能是使用了多个内存块，一些用于前向增长。一些用于逆向增长。

注意list的splice成员函数，是在指定的位置的前面插入元素的。

注意自己定义关联容器的排序规则时。须要满足严格弱序化(须要区分小于还是等于)。 即：
- 反对称性，若果x < y，那么y < x;
- 传递性。若果x < y且y < z, 那么x < z;
- 反自反性，x < x的比較结果是false;
- 相等的传递性。假设!(a < b) && !(b < a)是true。 且!( b < c) && !(c < b)是true。那么!(a < c) && !(c < a)是true;

函数对象。即在类中重载了operator ()

输入输出流：
istream: 输入流读数据，类模板basic_istream的实例化
ostream: 输出流写数据。类模板basic_ostream的实例化
全局流对象：cin，cout，cerr。clog
流继承关系，例如以下图

其他的功能。在遇到的时候再參考帮助文档与其他资料学习。

參考
1. 《The C++ Standard Library 2nd edition》，Nicolai M.Josuttis.
2. cppreference