第二章：C++标准库

第二章：C++标准库

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2.1 标准输入输出流

• iostream基础：std::cin、std::cout和std::cerr的用法。
• 格式化输出：介绍std::setw、std::setprecision等格式化工具。
• 文件I/O基础：通过fstream读写文件的简单示例。
• 流的状态管理：如eof()、fail()和bad()的作用与判断。

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2.2 字符串与STL简介

• C风格字符串：char*及其局限性。
• std::string类：基本操作（拼接、查找、切片）。

  std::string str = "Hello";
  str += ", World!";
  std::cout << str << std::endl;
  

• 字符串流：使用std::stringstream解析字符串内容。
• 初识STL：标准模板库的概念及其通用性。

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2.3 容器概览：Vector、List、Map

• Vector动态数组：基本操作（增删、访问、容量管理）。
• List双向链表：特点与应用场景。
• Map键值对容器：std::map和std::unordered_map的对比。
• 选择合适的容器：通过时间复杂度对比帮助选择合适的容器类型。

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2.4 迭代器和算法

• 迭代器的种类：输入迭代器、前向迭代器、随机访问迭代器。
• 常用算法：std::sort、std::find、std::for_each等例子。

  std::vector<int> vec = {1, 4, 2, 8};
  std::sort(vec.begin(), vec.end());
  

• Lambda表达式与STL算法结合：更灵活的回调函数定义方式。
• 自定义比较器：如何定义自己的排序规则。

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2.5 智能指针与内存安全

• RAII简介：资源管理与作用域的结合。
• std::unique_ptr：实现独占式所有权的智能指针。
• std::shared_ptr与引用计数：适用于共享资源的指针。
• std::weak_ptr：解决循环引用问题的工具。
• 实际案例：动态分配对象与资源管理的最佳实践。

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2.6 时间和日期处理

• <chrono>库简介：时间点与时钟的概念。
• 计时器应用：实现简单的性能测试工具。

  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  // some code to test
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout << "Duration: " 
            << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count()
            << "ms\n";
  

• 日历日期操作：介绍std::chrono::year_month_day等新特性（C++20）。
• 跨平台时间支持：使用std::time_t处理本地时间与UTC时间。

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2.7 多线程编程（std::thread与std::async）

• 线程的创建与管理：std::thread的基础用法。
• 线程同步：使用std::mutex与std::lock_guard避免竞争条件。
• 异步任务：通过std::async和std::future实现任务并发。

  auto future = std::async(std::launch::async, []() {
      return compute_result();
  });
  std::cout << "Result: " << future.get() << std::endl;
  

• 并行算法（C++17+）：std::execution::par加速标准算法执行。

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2.8 文件I/O操作

• 文件流简介：std::ifstream和std::ofstream的使用。
• 二进制文件操作：读取和写入二进制数据的方式。
• 随机访问文件：利用seekg与seekp进行文件的随机访问操作。
• 文件操作的异常处理：通过try-catch保障文件操作的健壮性。

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总结

第二章从C++标准库的基础设施入手，帮助读者了解并熟悉现代C++程序开发中的常用工具和组件。通过标准库的学习，读者可以掌握高效、安全、便捷的编程实践方法，为实现复杂功能和更高性能的系统设计提供必要的知识储备。