C++的各种内部库与功能（附源代码）
一、引言
嗨大家好！今天给大家带来一篇简介C++/C里的内置模块的功能及示例代码！
二、内部库表格
以下是内部库的表格，有名称，主要函数、以及功能：
| 库名称 | 功能 | 主要函数 |
|---|---|---|
iostream |
提供基本的输入输出功能 | cin, cout, cerr, clog |
cmath |
数学函数库 | sqrt(), sin(), cos(), pow() |
cctype |
字符处理库 | isalpha(), isdigit(), tolower() |
string |
处理字符串操作 | length(), substr(), find() |
vector |
动态数组容器 | push_back(), size(), at() |
algorithm |
提供各种常用算法 | sort(), find(), binary_search() |
map |
关联容器，键值对 | insert(), find(), erase() |
fstream |
文件输入输出操作 | open(), close(), getline() |
iomanip |
输入输出控制库 | setw(), setprecision(), setfill() |
ctime |
时间库 | time(), asctime(), strftime() |
bitset |
位集库 | set(), reset(), test(), flip() |
queue |
队列库 | push(), pop(), front(), empty() |
stack |
栈库 | push(), pop(), top(), empty() |
regex |
正则表达式库 | regex_match(), regex_search(), regex_replace() |
random |
随机数库 | rand(), srand(), uniform_int_distribution, uniform_real_distribution |
注：如果不想写那么多头文件，可以使用万能头：include
以上是C++内置函数表格，下面将列举每个内置库的示例代码。
三、示例代码
1、iostream
输入输出操作，包括标准输入输出、文件流等。一般用于数据输出功能。
以下是示例代码：
#include
using namespace std;
int main(){
int a, b;
cin >> a >> b;
cout << a + b;
return 0;
} 输出结果是a + b的和。注意一定要输入数字。
2、cmath
cmath是C/C++的数学库，主要用于数学计算、统筹规划等数学方面的问题。
以下是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
double x = 1.0;
double sinResult = sin(x);
cout << "sin(" << x << ") = " << sinResult << endl;
double cosResult = cos(x);
cout << "cos(" << x << ") = " << cosResult << endl;
double absResult = abs(-5.6);
cout << "abs(-5.6) = " << absResult << endl;
double logResult = log(10.0);
cout << "log(10) = " << logResult << endl;
return 0;
}
3、cctype
cctype一般用于：字符处理，提供了字符类型判断和转换的函数
以下是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
char ch = 'A';
cout << "Character: " << ch << endl;
// 判断字符是否是字母
if (isalpha(ch)) {
cout << "是字母" << endl;
} else {
cout << "不是字母" << endl;
}
// 将字符转换为小写字母
char lowercaseCh = tolower(ch);
cout << "转换为小写字母: " << lowercaseCh << endl;
// 将字符转换为大写字母
char uppercaseCh = toupper(ch);
cout << "转换为大写字母: " << uppercaseCh << endl;
// 判断字符是否是数字
if (isdigit(ch)) {
cout << "是数字" << endl;
} else {
cout << "不是数字" << endl;
}
return 0;
}
/*
输出结果：
Character: A
是字母
转换为小写字母: a
转换为大写字母: A
不是数字
*/ 在这个示例程序中，我们使用了 using namespace std;，这样可以直接使用 cout、endl、isalpha()、tolower()、toupper() 和 isdigit()，而无需添加 std:: 前缀。
程序首先定义了一个字符变量 ch，并输出其值。然后使用 isalpha() 函数判断字符是否是字母，并根据判断结果输出相应信息。
接下来，使用 tolower() 函数将字符转换为小写字母，使用 toupper() 函数将字符转换为大写字母，并输出转换后的结果。
最后，使用 isdigit() 函数判断字符是否是数字，并输出相应信息。
4、string
string主要用于字符串操作，如：大小写判断，长度，和翻转等
以下是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
string str = "Hello, world!";
cout << "字符串: " << str << endl;
// 获取字符串长度
cout << "字符串长度: " << str.length() << endl;
// 判断字符串是否为空
if (str.empty()) {
cout << "字符串为空" << endl;
} else {
cout << "字符串不为空" << endl;
}
// 字符串连接
string str2 = " Welcome!";
string combinedStr = str + str2;
cout << "连接后的字符串: " << combinedStr << endl;
// 字符串查找
size_t found = str.find("world");
if (found != string::npos) {
cout << "找到了子字符串 'world'，位置为: " << found << endl;
} else {
cout << "未找到子字符串 'world'" << endl;
}
return 0;
}
/*
字符串: Hello, world!
字符串长度: 13
字符串不为空
连接后的字符串: Hello, world! Welcome!
找到了子字符串 'world'，位置为: 7
*/
在这个示例程序中，我们使用了 using namespace std;，可以直接使用 cout、endl、string、length()、empty()、+、find() 和 npos
程序首先定义了一个字符串变量 str，并输出其值。使用 length() 函数获取字符串的长度，并输出。
然后使用 empty() 函数判断字符串是否为空，并根据判断结果输出相应信息。
接下来，使用 + 运算符将字符串连接起来，并将结果保存在 combinedStr 变量中。输出连接后的字符串。
最后，使用 find() 函数在字符串中查找子字符串 "world"，并返回其位置。如果找到则输出位置，否则输出未找到的信息。
5、vector
动态数组，提供了动态大小的数组容器
以下是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
// 创建一个空的 vector
vector nums;
// 在尾部插入元素
nums.push_back(1);
nums.push_back(2);
nums.push_back(3);
cout << "向 vector 中插入元素后，元素个数为：" << nums.size() << endl;
// 遍历并输出 vector 中的元素
cout << "vector 中的元素：";
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
cout << nums[i] << " ";
}
cout << endl;
// 修改指定位置的元素
nums[1] = 4;
// 删除尾部的元素
nums.pop_back();
cout << "修改和删除元素后，元素个数为：" << nums.size() << endl;
// 再次遍历并输出 vector 中的元素
cout << "vector 中的元素：";
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
cout << nums[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
/*
结果：=> 向 vector 中插入元素后，元素个数为：3
vector 中的元素：1 2 3
修改和删除元素后，元素个数为：2
vector 中的元素：1 4
*/ 在这个示例程序中，我们使用了 using namespace std;，可以直接使用 cout、endl、vector、push_back()、size()、[] 和 pop_back()，而无需添加 std:: 前缀。
程序首先创建一个空的 vector 容器 nums。
然后使用 push_back() 函数向 vector 的尾部依次插入元素 1、2、3。使用 size() 函数获取 vector 中元素的个数，并输出。
接着使用循环遍历并输出 vector 中的元素。
然后使用 [] 运算符修改指定位置的元素，将索引为 1 的元素修改为 4。
再然后使用 pop_back() 函数删除 vector 尾部的元素。
再次使用 size() 函数获取 vector 中元素的个数，并输出。
最后再次使用循环遍历并输出 vector 中的元素。
6、algorithm
以下是
-
搜索算法：例如
find()函数用于在容器中查找指定元素，binary_search()函数用于在已排序的序列中二分查找指定元素。 -
排序算法：例如
sort()函数用于对容器中的元素进行排序，merge()函数用于将多个已排序的序列合并为一个有序序列。 -
数值算法：例如
accumulate()函数用于对序列中的元素进行累加，count()函数用于计算指定元素在序列中出现的次数。 -
修改算法：例如
fill()函数用于将指定范围的元素填充为指定值，transform()函数用于对序列中的元素进行变换并存储到另一个序列中。 -
删除算法：例如
remove()函数用于删除容器中的指定元素，erase()函数用于删除容器中满足条件的元素。 -
遍历算法：例如
for_each()函数用于对序列中的每个元素执行指定操作，copy()函数用于将一个序列复制到另一个序列。
#include
#include
#include
using namespace std;
int main() {
vector nums = {5, 2, 8, 1, 9, 3};
// 使用 sort() 函数对容器中的元素进行排序
sort(nums.begin(), nums.end());
cout << "排序后的元素：";
for (int num : nums) {
cout << num << " ";
}
cout << endl;
// 使用 find() 函数查找指定元素
int target = 8;
auto it = find(nums.begin(), nums.end(), target);
if (it != nums.end()) {
cout << "找到了元素 " << target << " 在位置 " << distance(nums.begin(), it) << endl;
} else {
cout << "未找到元素 " << target << endl;
}
return 0;
}
/*
排序后的元素：1 2 3 5 8 9
找到了元素 8 在位置 4
*/ 这个示例程序首先创建一个 vector 容器 nums，并初始化为 {5, 2, 8, 1, 9, 3}。
然后使用 sort() 函数对容器中的元素进行排序，将它们按升序排列。
接着使用循环遍历并输出排序后的元素。
然后使用 find() 函
上述代码中，我们添加了 using namespace std; 语句，这样就可以直接使用 sin、cos、abs 和 log 等函数，而无需在前面加上 std:: 的前缀。其他部分与之前的示例代码相同。
编译并运行上述代码，输出结果与之前的示例相同。
需要注意的是，尽管使用 using namespace std; 可以简化代码，但也会引入整个 std 命名空间中的所有内容。这可能会导致命名冲突或者不明确的情况。因此，在实际开发中，建议在全局范围内使用更明确的作用域解析运算符（如 std::）来指定标准库中的函数和对象。
数在容器中查找指定元素 8。如果找到该元素，则输出元素的值和它在容器中的位置；如果未找到，则输出未找到的信息。
整个程序演示了如何使用
7、map
map 是 C++ 标准库中的一个关联容器，它提供了键-值对的存储和访问功能。map 内部使用红黑树实现，可以自动按照键的顺序进行排序，并且支持快速的插入、查找和删除操作。
以下是 map 的一些特点和用法：
-
键值对的存储：
map中的每个元素都是一个键值对，其中键和值可以是任意的数据类型，例如整数、字符串、自定义类型等。 -
自动排序：
map内部会根据键的比较规则自动对键进行排序，默认情况下按照升序进行排序。可以通过自定义比较函数来指定其他的排序规则。 -
唯一键：
map中的键是唯一的，如果插入了已存在的键，则会覆盖原来的值。 -
插入和访问元素：可以使用
insert()函数向map中插入新的键值对，也可以使用[]运算符或at()函数来访问和修改特定键对应的值。 -
查找元素：可以使用
find()函数来查找特定键对应的值，如果键不存在，则返回指向末尾的迭代器。也可以使用count()函数来统计特定键在map中出现的次数。
下面是一个简单的使用 map 的示例代码：
#include
#include 在这个示例中，我们将 using namespace std; 放在所有头文件的前面，这样可以在整个代码中使用 cout、endl 和 map，而不需要显式指定命名空间。
8、fstream
fstream 是 C++ 中用于文件输入和输出操作的标准库。它提供了一个方便的机制来读取和写入文件中的数据。
fstream 头文件定义了三个类，用于实现不同类型的文件操作：
ifstream：用于从文件中读取数据。可以打开文件进行读取操作，并使用输入操作符（>>）从文件中提取数据。ofstream：用于将数据写入文件。可以创建或打开文件进行写入操作，并使用输出操作符（<<）将数据写入文件。fstream：可用于读取和写入文件。它是ifstream和ofstream的结合，具有同时读取和写入文件的能力。
使用 fstream 进行文件操作的一般步骤如下：
- 创建一个文件流对象，例如
ifstream、ofstream或fstream。 - 使用
open()函数打开文件，指定文件名和打开模式（读取、写入、追加等）。 - 对文件进行读写操作，使用输入操作符（
>>）来读取数据，使用输出操作符（<<）将数据写入文件。 - 在操作完成后，使用
close()函数关闭文件。
以下是一个简单的示例代码，演示了如何使用 fstream 进行文件读写操作：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
ofstream outfile("example.txt"); // 创建输出文件流对象
if (outfile.is_open()) {
outfile << "Hello, World!" << endl; // 将数据写入文件
outfile.close(); // 关闭文件
cout << "文件写入成功。" << endl;
} else {
cout << "无法打开文件。" << endl;
}
ifstream infile("example.txt"); // 创建输入文件流对象
string line;
if (infile.is_open()) {
while (getline(infile, line)) { // 从文件中逐行读取数据
cout << line << endl; // 输出到控制台
}
infile.close(); // 关闭文件
cout << "文件读取成功。" << endl;
} else {
cout << "无法打开文件。" << endl;
}
return 0;
}
这段代码首先创建了一个输出文件流对象 ofstream，然后使用 open() 函数打开名为 "example.txt" 的文件，接着使用 << 操作符将数据写入文件。写入完成后，关闭文件流对象。
然后创建了一个输入文件流对象 ifstream，再次使用 open() 函数打开同一个文件进行读取操作。使用 getline() 函数从文件中逐行读取数据，并输出到控制台。
最后关闭输入文件流对象。
9、iomanip
iomanip 是 C++ 中用于操作流（包括输入和输出流）的标准库。它提供了一组功能强大的流控制函数，用于格式化输出和处理输入。
iomanip 头文件中定义了各种用于控制流行为和格式的函数、类和操作符。它可以用于设置输出字段宽度、小数位数、对齐方式等，以及设置输入的格式要求。
以下是 iomanip 的一些常用功能：
setw(int n)：设置输出字段的宽度为n。setfill(char c)：设置填充字符为c。setprecision(int n)：设置输出浮点数的精度为n。setiosflags(int flags)和resetiosflags(int flags)：根据flags设置或重置输出格式标志，例如科学计数法、定点表示法等。hex、dec、oct和boolalpha等操纵符：用于改变输出或输入的基数、格式和布尔值的显示方式。setw、setfill和setprecision等函数可以与输出流操作符<<结合使用，直接在输出语句中应用。noskipws、skipws等操纵符：用于控制输入时是否跳过空白字符等。
下面是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
double pi = 3.14159265359;
int value = 12345;
cout << "默认输出：" << pi << endl;
cout << "固定小数位数（6位）：" < 输出结果：
默认输出：3.14159
固定小数位数（6位）：3.14159
科学计数法：3.141593e+00
十六进制：3039
字段宽度为10，左对齐：12345
填充字符为'0'，字段宽度为8：00012345
这个示例演示了使用 iomanip 进行输出格式控制的一些常见用法。您可以根据需要组合和调整这些函数和操作符，以满足特定的输出格式要求。
10、ctime
以下是
time_t：表示从 1970 年 1 月 1 日到当前时间的秒数，通常用于存储时间值。clock_t：表示 CPU 执行的时钟周期数，通常用于测量程序的执行时间。struct tm：表示时间的结构体，包括年、月、日、时、分、秒等成员变量。time()：返回当前时间的秒数，以time_t类型表示。ctime()：将time_t类型的时间值转换为一个可读的字符串表示。localtime()：将time_t类型的时间值转换为本地时间的tm结构体表示。gmtime()：将time_t类型的时间值转换为 GMT 时间的tm结构体表示。strftime()：将tm结构体表示的时间按照指定格式进行格式化。difftime()：计算两个time_t类型时间值之间的差异，以秒为单位。
下面是示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
// 获取当前时间的秒数
time_t now = time(nullptr);
// 将时间值转换为字符串表示
cout << "当前时间：" << ctime(&now);
// 将时间值转换为本地时间
struct tm* localTime = localtime(&now);
// 格式化输出本地时间
char buffer[80];
strftime(buffer, sizeof(buffer), "本地时间：%Y-%m-%d %H:%M:%S", localTime);
cout << buffer << endl;
// 计算时间差
time_t otherTime = now - 3600; // 假设其他时间比当前时间早1小时
double diff = difftime(now, otherTime);
cout << "时间差：" << diff << " 秒" << endl;
return 0;
}
结果为：
当前时间：Wed Aug 5 03:49:20 2023
本地时间：2023-08-05 03:49:20
时间差：3600 秒这个示例演示了
11、bitset
bitset 是 C++ 标准库中的一个类，用于表示固定大小的二进制位集合。它提供了一种方便的方式来处理和操作二进制数据。
bitset 的特点和用法如下：
-
大小固定：在创建
bitset对象时，需要指定一个固定的大小（位数），例如bitset<8>表示一个包含 8 个位的二进制位集合。 -
位操作：
bitset提供了一些方法和操作符，可以对二进制数据进行位级操作，包括设置某个位的值、获取某个位的值、翻转位的值等。 -
位访问：可以通过下标运算符
[]来访问bitset中的每个位，并进行读取或设置操作。 -
迭代器支持：
bitset支持使用迭代器来访问和遍历其中的位。 -
比较和逻辑操作：
bitset可以进行比较操作（等于、不等于）和逻辑操作（与、或、非、异或）。 -
数值转换：
bitset支持将二进制位集合转换为其他形式的数值表示，例如整数或字符串。
以下是一个示例，演示了 bitset 的基本用法：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
bitset<8> bits("10101010");
cout << "Bitset: " << bits << endl;
cout << "Bit at position 3: " << bits[3] << endl;
cout << "Number of set bits: " << bits.count() << endl;
bits.set(2, 1);
bits.flip();
cout << "Flipped bitset: " << bits << endl;
return 0;
}
结果：
Bitset: 10101010
Bit at position 3: 0
Number of set bits: 4
Flipped bitset: 01010101
在上述示例中，我们创建了一个大小为 8 的 std::bitset 对象，并使用字符串初始化其值。然后我们输出整个二进制位集合、访问第 3 位的值以及计算设置为 1 的位的数量。之后，我们将第 2 位的值设置为 1，并翻转整个二进制位集合。最后，我们输出翻转后的二进制位集合。
bitset 还提供了许多其他的方法和操作符，例如 reset、test、operator&、operator| 等，可以根据具体需求进行查阅和使用。
12、queue
queue（队列）是C++标准库中的一个容器适配器，用于实现先进先出（FIFO）的数据结构。队列是一种非常常见的数据结构，类似于我们现实生活中的排队场景。
在C++中，队列是通过 queue 模板类来实现的，位于
push(element): 将element添加到队列的末尾。pop(): 移除队列的第一个元素。front(): 返回队列的第一个元素的引用。back(): 返回队列的最后一个元素的引用。empty(): 检查队列是否为空。size(): 返回队列中元素的个数。
队列的特点是，新元素被添加到队列的末尾，而访问和移除元素只能从队列的开头进行，即队首（front）位置。这遵循了先进先出的原则，保证了元素的顺序性。
#include
#include
using namespace std;
int main() {
// 创建一个整数队列
queue myQueue;
// 向队列中添加元素
myQueue.push(10);
myQueue.push(20);
myQueue.push(30);
// 获取队列的大小
cout << "队列的大小：" << myQueue.size() << endl;
// 访问队列的元素（只能访问队首元素，无法直接访问其他位置的元素）
cout << "队首元素：" << myQueue.front() << endl;
// 从队列中移除队首元素
myQueue.pop();
// 再次访问队首元素
cout << "队首元素：" << myQueue.front() << endl;
// 检查队列是否为空
if (myQueue.empty()) {
cout << "队列为空" << endl;
} else {
cout << "队列不为空" << endl;
}
return 0;
}
结果为：
队列的大小：3
队首元素：10
队首元素：20
队列不为空
上述代码首先创建了一个整数队列 myQueue，然后使用push()方法将元素添加到队列中。通过front()和back()方法访问队首和队尾元素。使用pop()方法移除队首元素。最后，使用size()方法获取队列的大小。
13、stack
stack（栈）是C++标准库中的一个容器适配器，用于实现后进先出（LIFO）的数据结构。栈是一种非常常见的数据结构，类似于我们现实生活中的堆叠场景，比如一摞书或者一堆盘子。
在C++中，栈是通过 stack 模板类来实现的，位于
push(element): 将element添加到栈的顶部（栈顶）。pop(): 移除栈顶的元素。top(): 返回栈顶的元素的引用。empty(): 检查栈是否为空。size(): 返回栈中元素的个数。
栈的特点是，新元素被添加到栈的顶部，而访问和移除元素也只能从栈的顶部进行。这遵循了后进先出的原则，保证了元素的顺序性。可以将栈看作是一种具有限制性的线性表。
以下是一个简单示例，展示了如何使用栈：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
stack myStack;
myStack.push(10);
myStack.push(20);
myStack.push(30);
cout << "栈顶元素：" << myStack.top() << endl;
myStack.pop();
cout << "栈顶元素：" << myStack.top() << endl;
cout << "栈大小：" << myStack.size() << endl;
return 0;
}
结果：
栈顶元素：30
栈顶元素：20
栈大小：2
上述代码首先创建了一个整数栈 myStack，然后使用push()方法将元素添加到栈顶。通过top()方法访问栈顶元素。使用pop()方法移除栈顶元素。最后，使用size()方法获取栈的大小。
首先，myStack.push(10) 将整数 10 添加到栈顶。 接着，myStack.push(20) 将整数 20 添加到栈顶。 然后，myStack.push(30) 将整数 30 添加到栈顶。
接下来，myStack.top() 返回栈顶元素的值，即 30。 然后，myStack.pop() 移除栈顶元素。 最后，myStack.top() 返回新的栈顶元素的值，即 20。 同时，myStack.size() 返回栈中元素的个数，即 2。
请注意，由于栈是后进先出的数据结构，所以栈顶元素是最后插入的元素，而栈底元素是最先插入的元素。
14、regex
正则表达式（Regular Expression），简称 regex，是一种用于描述字符串模式的表达式语言。它可以帮助我们进行字符串的搜索、匹配、替换、分割和验证等操作。
正则表达式由普通字符（例如字母、数字、标点符号）和特殊字符组成，通过这些字符的组合形成一个规则模式。它可以匹配字符串中具有特定格式、结构或特征的部分。
常见的一些用途包括：
- 搜索：在文本中查找符合特定模式的字符串。
- 匹配：判断一个字符串是否与给定的模式完全匹配。
- 替换：使用正则表达式识别指定模式，并将其替换为新的内容。
- 分割：根据模式将字符串分割成多个部分。
- 验证：验证输入是否符合特定的模式或格式要求。
在C++中，正则表达式功能被集成在 regex 对象，并使用 regex_match、regex_search 等函数来执行匹配操作。
以下是一个示例代码，展示如何使用正则表达式在字符串中查找符合特定模式的子串：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
string text = "Hello, World!";
// 定义正则表达式模式
regex pattern("W[a-z]+");
// 使用 regex_search 进行模式匹配
if (regex_search(text, pattern)) {
cout << "模式匹配成功！" << endl;
} else {
cout << "模式匹配失败！" << endl;
}
return 0;
}
结果：
模式匹配成功！
在上述示例代码中，我们定义了一个字符串 text 和一个正则表达式模式 pattern。然后，我们使用 regex_search 函数对 text 进行模式匹配。
根据给定的模式 "W[a-z]+"，它表示以大写字母 'W' 开头，后面跟着一个或多个小写字母。如果 text 中存在与该模式匹配的子字符串，regex_search 函数将返回 true，否则返回 false。
这意味着字符串 "Hello, World!" 中存在满足模式 "W[a-z]+" 的子字符串。请注意，输出的结果可能因编译器、操作系统和具体输入而有所不同。
15、random
random库是C++标准库中提供的用于生成伪随机数的库。它提供了各种可以用于生成随机数的函数和工具。
使用random库前，需要包含 using namespace std; 来引入标准命名空间。
下面是一个示例代码，展示如何使用random库生成随机数：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
// 创建一个随机数引擎对象
random_device rd;
mt19937 gen(rd());
// 创建一个均匀分布的随机数分布对象，范围为1到10
uniform_int_distribution dist(1, 10);
// 生成随机数
int randomNum = dist(gen);
// 输出随机数
cout << "Random number: " << randomNum << endl;
return 0;
}
运行上述示例代码，将输出一个在1到10之间的随机数。由于使用了随机数引擎 mt19937，每次运行程序时生成的随机数都可能不同。
所以输出是不确定的。
五、总结
好了，今天就分享到这里，祝愿大家在探索C++的路上，硕果累累！
