标准库头文件

C++23 标准库的接口由 107 个头文件组成，其中有 21 个对应 C 标准库。从 C++23 开始，你只需导入命名模块 std，即可访问整个标准库；本书中的所有示例也都是这样做的。除少数不可导入的头文件（例如 <cassert>）外，已经不再需要显式导入或包含单独的头文件。不过，如果你的编译器尚未支持 C++23 的命名模块 std，那么你仍然需要导入或包含相应的头文件。在这种情况下，往往很难记清源代码中究竟该包含哪些头文件，因此本附录按八个类别，对每个头文件中最有用的功能做了简要说明：

• C 标准库
• 容器
• 算法、迭代器、范围与分配器
• 通用工具
• 数学工具
• 异常
• I/O 流
• 线程支持库

C 标准库

C++ 标准库几乎完整地包含了整个 C 标准库。这些头文件与 C 中的版本大体相同，主要有以下两点区别：

• 头文件名采用 <cname>，而不是 <name.h>。
• 在 <cname> 头文件中声明的所有名称都位于 std 命名空间中。

注意

如果你愿意，仍然可以包含 <name.h>；但那样会把这些名称放入全局命名空间，而不是 std 命名空间。此外，在 C++23 之前，使用 <name.h> 形式的 C 标准库头文件已被弃用。从 C++23 开始，它们不再被视为弃用，但仍不推荐使用。

注意

C 标准库头文件并不保证可以通过 import 语句导入。因此，应使用 #include <cname>，而不是 import <cname>;。当然，使用 import std; 也会让 C 标准库中的全部内容在 std 命名空间中可用，但像 <cassert> 中的 assert() 这类宏除外。

下表列出了所有 C 标准库头文件，并概述了它们最常用的功能。请注意，通常建议尽量避免直接使用 C 风格功能，而在可能的情况下优先使用等价的 C++ 特性：

头文件	内容
	assert() 宏。
	字符判定与字符处理函数，例如 isspace() 和 tolower()。
	定义 errno 表达式，这是一个宏，用于获取某些 C 函数最近一次错误的错误码。
	支持浮点环境，例如浮点异常、舍入模式等。
	与浮点算术相关的 C 风格宏定义，例如 FLT_MAX。
	定义了若干可与 printf()、scanf() 及类似函数配合使用的宏。此头文件还提供了一些用于处理 intmax_t 的函数。
	C 风格的范围宏定义，例如 INT_MAX。推荐改用 <limits> 中对应的 C++ 版本。
	少量本地化相关的宏与函数，例如 LC_ALL 和 setlocale()。另请参见 <locale> 中的 C++ 对应功能。
	数学工具，包括三角函数、sqrt()、fabs() 等。
	setjmp() 和 longjmp()。在 C++ 中千万不要使用它们！
	signal() 和 raise()。在 C++ 中应避免使用。
	用于处理可变长度参数列表的宏和类型。
	重要常量，例如 NULL；以及重要类型，例如 size_t 和 byte。
	定义若干标准整数类型，例如 int8_t、int64_t 等；还包含用于指示这些类型最小值和最大值的宏。
	文件操作，包括 fopen() 和 fclose()；格式化 I/O：printf()、scanf() 及其系列；字符 I/O：getc()、putc() 及其系列；文件定位：fseek() 和 ftell()。推荐改用 C++ 流。（参见本附录后文的“I/O 流”一节。）
	随机数 rand() 和 srand()（自 C++14 起已弃用；请改用 C++ 的 <random> 功能）。此头文件还包含 abort() 和 exit() 函数——应尽量避免使用；C 风格内存分配函数 calloc()、malloc()、realloc() 和 free()；C 风格查找与排序函数 qsort() 和 bsearch()；字符串转数字函数：atof()、atoi()；以及一组与多字节/宽字符串处理相关的函数。
	底层内存管理函数，包括 memcpy() 和 memset()。此头文件还包含 C 风格字符串函数，例如 strcpy() 和 strcmp()。
	与时间相关的函数，包括 time() 和 localtime()。
	定义若干与 Unicode 相关的宏，以及 mbrtoc16() 等函数。
	面向宽字符的字符串、内存和 I/O 函数版本。
	中函数的宽字符版本：iswspace()、towlower() 等。

以下 C 标准库头文件自 C++20 起已被移除：

头文件	内容
	仅包含 。
	在 C 中，<iso646.h> 会定义 and、or 等宏；而在 C++ 中，这些本身就是关键字，因此该头文件是空的。
	与对齐相关的宏 __alignas_is_defined。
	与布尔类型相关的宏 __bool_true_false_are_defined。
	仅包含 和 <cmath>。

容器

标准库容器的定义分布在 16 个头文件中：

头文件	内容
	array 类模板
	bitset 类模板
	deque 类模板
<flat_map>	flat_map 和 flat_multimap 类模板
<flat_set>	flat_set 和 flat_multiset 类模板
<forward_list>	forward_list 类模板
	list 类模板
	map 和 multimap 类模板
	mdspan 类模板（严格来说它不是容器，而是对存储在其他位置的连续元素序列的多维视图）
	queue 和 priority_queue 类模板
	set 和 multiset 类模板
	span 类模板（严格来说它不是容器，而是对存储在其他位置的连续元素序列的视图）
	stack 类模板
<unordered_map>	unordered_map 和 unordered_multimap 类模板
<unordered_set>	unordered_set 和 unordered_multiset 类模板
	vector 类模板，以及 vector<bool> 特化

上述每个头文件都包含使用相应容器所需的全部定义，包括它们的迭代器。第 18 章“标准库容器”会对这些容器做详细介绍。

算法、迭代器、范围与分配器

下列头文件定义了标准库中可用的算法、迭代器、分配器以及范围库：

头文件	内容
	标准库中大多数算法的声明，以及 min()、max()、minmax() 和 clamp()。参见 第 20 章“精通标准库算法”。
	定义 endian 类枚举，参见 第 34 章“开发跨平台与跨语言应用程序”；还提供用于对位序列执行底层操作的函数声明，例如 bit_ceil()、rotl()、countl_zero() 等，参见 第 16 章“C++ 标准库概览”。
	定义可与标准库算法配合使用的执行策略类型。参见 第 20 章。
	定义内建函数对象、否定器、绑定器和适配器。参见 第 19 章“函数指针、函数对象与 Lambda 表达式”。
	定义 iterator_traits、迭代器标签、iterator、reverse_iterator、插入迭代器（如 back_insert_iterator）以及流迭代器。参见 第 17 章“理解迭代器与范围库”。
	定义默认分配器，以及用于在容器内部处理未初始化内存的函数声明；还提供 unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr、make_unique() 和 make_shared()，这些内容在 第 7 章“内存管理”中已有介绍。
<memory_resource>	定义多态分配器和内存资源。参见 第 25 章“定制与扩展标准库”。
	一些数值算法的声明：accumulate()、inner_product()、partial_sum()、adjacent_difference()、gcd()、lcm() 以及其他若干算法。参见 第 20 章。
	提供范围库的全部功能。参见 第 17 章。
<scoped_allocator>	一种可用于嵌套容器的分配器，例如由 strings 组成的 vector，或由 maps 组成的 vector。

通用工具

标准库在若干不同的头文件中提供了一些通用用途的工具：

头文件	内容
	定义 any 类。参见 第 24 章“附加词汇类型”。
	定义 chars_format 枚举、from_chars() 和 to_chars() 函数，以及相关 struct。参见 第 2 章“字符串与字符串视图”。
	定义 chrono 库。参见 第 22 章“日期与时间工具”。
	提供针对各种字符编码的代码转换 facet。此头文件自 C++17 起已弃用。
	提供支持三路比较的类与函数。参见 第 1 章“C++ 与标准库速成导论”和 第 9 章“精通类与对象”。
	提供标准 concept，例如 same_as、convertible_to、integral、movable 等。参见 第 12 章“使用模板编写泛型代码”。
	定义 expected 和 unexpected 类模板、bad_expected_access 异常，以及 unexpect_t 和 unexpect 标记。参见 第 24 章。
	定义用于操作文件系统的全部类与函数。参见 第 13 章“揭开 C++ I/O 的面纱”。
	提供格式化库的全部功能，例如 format()、format_to() 等。参见 第 2 章。
<initializer_list>	定义 initializer_list 类模板。参见 第 1 章。
	定义 numeric_limits 类模板，以及针对大多数内建类型的特化。参见 第 1 章。
	定义 locale 类、use_facet() 和 has_facet() 函数模板，以及各种 facet 家族。参见 第 21 章“字符串本地化与正则表达式”。
	定义 bad_alloc 异常和 set_new_handler() 函数。此头文件还声明了全部六种形式的 operator new 和 operator delete。参见 第 15 章“重载 C++ 运算符”。
	定义 optional 类模板。参见 第 1 章。
	定义 print()、println()、vprint_unicode() 和 vprint_nonunicode() 函数。参见 第 1 章和 第 2 章。
	定义随机数生成库。参见 第 23 章“随机数工具”。
	定义用于处理编译期有理数的 ratio 库。参见 第 22 章。
	定义正则表达式库。参见 第 21 章。
<source_location>	提供 source_location 类。参见 第 14 章“错误处理”。
	提供 stacktrace 类。参见 第 14 章。
	定义 basic_string 类模板，以及类型别名 string 和 wstring。参见 第 2 章。
<string_view>	定义 basic_string_view 类模板，以及类型别名 string_view 和 wstring_view。参见 第 2 章。
<system_error>	定义错误类别和错误码。
	定义 tuple 类模板，作为 pair 类模板的泛化。参见 第 24 章。
<type_traits>	定义用于模板元编程的类型特征。参见 第 26 章“高级模板”。
	定义 type_info 的一个简单包装器，可用作关联容器中的索引类型。
	定义 bad_cast 和 bad_typeid 异常；还定义 type_info 类，其对象由 typeid 运算符返回。关于 typeid 的细节，参见 第 10 章“深入继承技巧”。
	定义 pair 类模板和 make_pair()（参见 第 1 章）。此头文件还定义了 swap()、exchange()、move()、as_const() 等实用函数。
	定义 variant 类模板。参见 第 24 章。
	提供与你所使用的 C++ 标准库实现相关的信息，并公开全部标准库特性测试宏。参见 第 16 章。

数学工具

C++ 为数值处理提供了一些设施。本书不会对这些能力做详细讲解；如需进一步了解，请参考 附录 B“带注释的参考书目”中列出的标准库参考资料：

头文件	内容
	定义用于处理复数的 complex 类模板。
	提供若干数学常量，例如 pi、phi、log2e 等。
	提供定宽浮点类型 float16_t、float32_t、float64_t、float128_t 和 bfloat16_t。参见 第 1 章。
	定义 valarray 以及相关类和类模板，用于处理数学向量与矩阵。

异常

异常内容见 第 14 章。两个头文件提供了大部分所需定义，不过某些特定领域的异常则定义在该领域对应的头文件中：

头文件	内容
	定义 exception 和 bad_exception 类，以及 set_terminate() 和 uncaught_exceptions() 函数。
	定义未在 中声明的、与具体领域无关的异常。

I/O 流

下表列出了 C++ 中所有与 I/O 流相关的头文件。不过通常来说，你的应用程序只需要包含 <fstream>、<iomanip>、<iostream>、<istream>、<ostream> 和 <sstream>。详情请参见 第 13 章：

头文件	内容
	定义 basic_filebuf、basic_ifstream、basic_ofstream 和 basic_fstream 类。此头文件声明了 filebuf、wfilebuf、ifstream、wifstream、ofstream、wofstream、fstream 和 wfstream 类型别名。
	声明未在其他地方声明的 I/O 操纵符（大多定义于 中）。
	定义 ios_base 和 basic_ios 类。此头文件声明了大多数流操纵符。你很少需要直接包含该头文件。
	前向声明其他 I/O 流头文件中的模板和类型别名。你通常很少需要直接包含该头文件。
	声明 cin、cout、cerr、clog 及其宽字符对应版本。包含 <istream>、<ostream>、<streambuf> 和 <ios>。注意，它并不只是 <istream> 与 <ostream> 的简单组合。
	定义 basic_istream 和 basic_iostream 类。此头文件声明了 istream、wistream、iostream 和 wiostream 类型别名。
	定义 basic_ostream 类。此头文件声明了 ostream 和 wostream 类型别名。
	定义 basic_spanbuf、basic_ispanstream、basic_ospanstream 和 basic_spanstream 类。此头文件声明了 spanbuf、wspanbuf、ispanstream、wispanstream、ospanstream、wospanstream、spanstream 和 wspanstream 类型别名。
	定义 basic_stringbuf、basic_istringstream、basic_ostringstream 和 basic_stringstream 类。此头文件声明了 stringbuf、wstringbuf、istringstream、wistringstream、ostringstream、wostringstream、stringstream 和 wstringstream 类型别名。
	定义 basic_streambuf 类。此头文件声明了 streambuf 和 wstreambuf 类型别名。你很少需要直接包含该头文件。
	已弃用。
	定义与同步输出流相关的全部类，例如 osyncstream 和 wosyncstream。参见 第 27 章“使用 C++ 进行多线程编程”。

线程支持库

C++ 包含一个线程支持库，使你能够编写与平台无关的多线程应用程序。详情请参见 第 27 章。线程支持库由下列头文件组成：

头文件	内容
	定义原子类型 atomic 以及原子操作。
	定义 barrier 类。
<condition_variable>	定义 condition_variable 和 condition_variable_any 类。
	定义编写协程所需的全部功能。
	定义 future、promise、packaged_task 和 async()。
	定义可等待类 generator。
	定义 latch 类。
	定义 call_once() 以及各种非共享互斥量和锁类。
	定义 counting_semaphore 和 binary_semaphore 类。
<shared_mutex>	定义 shared_mutex、shared_timed_mutex 和 shared_lock 类。
<stop_token>	定义 stop_token、stop_source 和 stop_callback 类。
	定义 thread 和 jthread 类，以及 yield()、get_id()、sleep_for() 和 sleep_until() 函数。