C++标准库概览
C++标准库是C++语言的组成部分,提供了大量的工具和函数,以支持各种编程任务。
输入输出流
输入输出流类
std::iostream:基础输入输出流类。
std::istream:处理输入流的抽象类。
std::ostream:处理输出流的抽象类。
std::cin:标准输入流(关联键盘)。
std::cout:标准输出流(关联屏幕)。
std::cerr:用于输出错误信息的标准输出流。
使用方法
cpp
#include <iostream>
int main() {
std::cout << "Enter an integer: ";
int num;
std::cin >> num;
std::cout << "You entered: " << num << std::endl;
return 0;
}
在C++中,std::iostream、std::istream 和 std::ostream 是处理输入和输出流的基类。虽然 std::iostream 可以处理输入和输出,但它通常是作为 std::cin 和 std::cout 的基础类存在。对于文件输入输出,我们通常使用 std::ifstream 和 std::ofstream,它们分别继承自 std::istream 和 std::ostream。
以下是使用 std::ifstream 读取文件的基本用法:
包含头文件
cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
创建 std::ifstream 对象
cpp
std::ifstream file("example.txt"); // 尝试打开 example.txt 文件
检查文件是否成功打开
cpp
if (!file) {
std::cerr << "Unable to open file!" << std::endl;
return 1; // 或者其他错误处理
}
读取文件内容
cpp
std::string line;
while (getline(file, line)) { // 使用 getline 读取每行
std::cout << line << std::endl;
}
使用输入流操作符
cpp
int num;
file >> num; // 从文件中读取一个整数
关闭文件
虽然 std::ifstream 的析构函数会自动关闭文件,但最好显式关闭文件以释放资源:
cpp
file.close();
完整示例
cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
int main() {
std::ifstream file("example.txt");
if (!file) {
std::cerr << "Unable to open file!" << std::endl;
return 1;
}
std::string line;
while (getline(file, line)) {
std::cout << line << std::endl;
}
// 或者使用流操作符读取数据
// int num;
// file >> num;
// std::cout << "Read number: " << num << std::endl;
file.close(); // 关闭文件
return 0;
}
标准数学库
C++ 的标准数学库提供了大量的数学函数,这些函数定义在 (C++17 之前称为 <math.h>)头文件中。以下是一些常用的标准数学函数及其示例。
包含头文件
在使用这些函数之前,需要包含 头文件:
cpp
#include <iostream>
#include <cmath>
幂函数
pow:求幂。
sqrt:求平方根。
cpp
auto result = std::pow(2, 3); // 2 的 3 次方
std::cout << "Power: " << result << std::endl;
result = std::sqrt(16); // 16 的平方根
std::cout << "Square root: " << result << std::endl;
三角函数
sin:正弦。
cos:余弦。
tan:正切。
cpp
result = std::sin(0); // 0 弧度的正弦
std::cout << "Sine of 0: " << result << std::endl;
result = std::cos(std::acos(-1)); // 余弦的反函数,求 -1 的余弦值
std::cout << "Cosine of arccos(-1): " << result << std::endl;
result = std::tan(1); // 1 弧度的正切
std::cout << "Tangent of 1: " << result << std::endl;
对数和指数函数
log:自然对数。
log10:以 10 为底的对数。
exp:指数函数 e 的幂。
cpp
result = std::log(1.0); // 1 的自然对数
std::cout << "Natural logarithm of 1: " << result << std::endl;
result = std::log10(100); // 100 的以 10 为底的对数
std::cout << "Logarithm base 10 of 100: " << result << std::endl;
result = std::exp(1); // e 的 1 次方
std::cout << "e to the power of 1: " << result << std::endl;
绝对值和取整
abs:绝对值。
round:四舍五入。
cpp
result = std::abs(-5); // -5 的绝对值
std::cout << "Absolute value: " << result << std::endl;
result = std::round(2.5); // 2.5 四舍五入
std::cout << "Rounded value: " << result << std::endl;
浮点数函数
floor:向下取整。
ceil:向上取整。
cpp
result = std::floor(3.7); // 3.7 向下取整
std::cout << "Floor value: " << result << std::endl;
result = std::ceil(3.3); // 3.3 向上取整
std::cout << "Ceil value: " << result << std::endl;
特殊函数
fmod:求余函数。
modf:分解浮点数为整数部分和小数部分。
cpp
double remainder;
result = std::fmod(5.7, 3); // 5.7 除以 3 的余数
std::cout << "Fmod remainder: " << result << std::endl;
double intpart;
modf(56.78, &intpart); // 56.78 分解为整数部分和小数部分
std::cout << "Modf integer part: " << intpart << std::endl;
随机数
rand:生成随机数。
srand:设置随机数种子。
cpp
std::srand(0); // 设置随机数种子
result = std::rand(); // 生成随机数
std::cout << "Random number: " << result << std::endl;
请注意,std::rand() 生成的随机数质量有限,对于更高质量的随机数生成,可以考虑使用 库中提供的随机数生成器。
数据结构
序列式容器
std::vector:动态大小数组,提供快速随机访问。
std::deque:双端队列,提供快速两端插入和删除。
std::list:双向链表,提供快速插入和删除。
std::forward_list:单向链表,提供快速插入和删除。
关联容器
std::map:基于红黑树实现的键值对映射,保持键的排序。
std::set:基于红黑树实现的元素集合,保持元素唯一性。
std::multimap:允许多个元素与同一键关联的映射。
std::multiset:允许多个相同元素的集合。
无序容器(C++11 新增)
std::unordered_map:基于哈希表的键值对映射。
std::unordered_set:基于哈希表的元素集合。
std::unordered_multimap:允许多个元素与同一键关联的无序映射。
std::unordered_multiset:允许多个相同元素的无序集合。
容器适配器
std::stack:后进先出(LIFO)的栈。
std::queue:先进先出(FIFO)的队列。
std::priority_queue:优先队列,元素按优先级排序。
示例代码
cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
int main() {
// 使用 vector
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
vec.push_back(6); // 添加元素
std::cout << "Vector contains: ";
for (int num : vec) {
std::cout << num << ' ';
}
std::cout << std::endl;
// 使用 map
std::map<std::string, int> myMap;
myMap["apple"] = 1;
myMap["banana"] = 2;
std::cout << "Map contains: ";
for (const auto& pair : myMap) {
std::cout << pair.first << " => " << pair.second << ' ';
}
std::cout << std::endl;
// 使用 set
std::set<int> mySet = {1, 2, 3, 4, 5};
mySet.insert(6); // 添加元素
std::cout << "Set contains: ";
for (int num : mySet) {
std::cout << num << ' ';
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}