The C++ Standard Library: A Tutorial and Reference

1190 Pages·2012·6.57 MB·English

by  Nicolai M. Josuttis

The C++ Standard Library
Second Edition
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The C++ Standard Library
A Tutorial and Reference
Second Edition
Nicolai M. Josuttis
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LibraryofCongressCataloging-in-PublicationData
Josuttis,NicolaiM.
TheC++standardlibrary: atutorialandreference/NicolaiM.Josuttis.—2nded.
p. cm.
Includesbibliographicalreferencesandindex.
ISBN978-0-321-62321-8(hardcover: alk. paper)
1. C++(Computerprogramlanguage)I.Title.
QA76.73.C153J692012
005.13’3-dc23
2011045071
Copyright(cid:2)c 2012PearsonEducation,Inc.
ThisbookwastypesetbytheauthorusingtheLATEXdocumentprocessingsystem.
Allrightsreserved. PrintedintheUnitedStatesofAmerica. Thispublicationisprotectedbycopy-
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ISBN-13: 978-0-321-62321-8
ISBN-10: 0-321-62321-5
TextprintedintheUnitedStatesonrecycledpaperatEdwardsBrothersinAnnArbor,Michigan.
Firstprinting,March2012
To those who care
for people and mankind
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Contents
PrefacetotheSecondEdition xxiii
AcknowledgmentsfortheSecondEdition xxiv
PrefacetotheFirstEdition xxv
AcknowledgmentsfortheFirstEdition xxvi
1 AboutThisBook 1
1.1 WhyThisBook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 BeforeReadingThisBook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 StyleandStructureoftheBook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 HowtoReadThisBook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 StateoftheArt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.6 ExampleCodeandAdditionalInformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.7 Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 IntroductiontoC++andtheStandardLibrary 7
2.1 HistoryoftheC++Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 CommonQuestionsabouttheC++11Standard . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 CompatibilitybetweenC++98andC++11 . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 ComplexityandBig-ONotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 NewLanguageFeatures 13
3.1 NewC++11LanguageFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.1 ImportantMinorSyntaxCleanups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.2 AutomaticTypeDeductionwithauto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.3 UniformInitializationandInitializerLists . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.4 Range-BasedforLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.5 MoveSemanticsandRvalueReferences . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
viii Contents
3.1.6 NewStringLiterals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.7 Keywordnoexcept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.8 Keywordconstexpr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.9 NewTemplateFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.10 Lambdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.11 Keyworddecltype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.12 NewFunctionDeclarationSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.13 ScopedEnumerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.14 NewFundamentalDataTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2 Old“New”LanguageFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.1 ExplicitInitializationforFundamentalTypes . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.2 Definitionofmain() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 GeneralConcepts 39
4.1 Namespacestd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 HeaderFiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 ErrorandExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.1 StandardExceptionClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.2 MembersofExceptionClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3.3 PassingExceptionswithClassexception_ptr . . . . . . . . . . . . . . 52
4.3.4 ThrowingStandardExceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.5 DerivingfromStandardExceptionClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4 CallableObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.5 ConcurrencyandMultithreading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.6 Allocators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5 Utilities 59
5.1 PairsandTuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1.1 Pairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1.2 Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.1.3 I/OforTuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.1.4 Conversionsbetweentuplesandpairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.2 SmartPointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2.1 Classshared_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2.2 Classweak_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2.3 MisusingSharedPointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2.4 SharedandWeakPointersinDetail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.2.5 Classunique_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Contents ix
5.2.6 Classunique_ptrinDetail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.2.7 Classauto_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.2.8 FinalWordsonSmartPointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.3 NumericLimits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.4 TypeTraitsandTypeUtilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.4.1 PurposeofTypeTraits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.4.2 TypeTraitsinDetail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.4.3 ReferenceWrappers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.4.4 FunctionTypeWrappers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.5 AuxiliaryFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.5.1 ProcessingtheMinimumandMaximum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.5.2 SwappingTwoValues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.5.3 SupplementaryComparisonOperators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.6 Compile-TimeFractionalArithmeticwithClassratio<> . . . . . . . . . . . . . 140
5.7 ClocksandTimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.7.1 OverviewoftheChronoLibrary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.7.2 Durations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.7.3 ClocksandTimepoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.7.4 DateandTimeFunctionsbyCandPOSIX . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.7.5 BlockingwithTimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.8 HeaderFiles<cstddef>,<cstdlib>,and<cstring> . . . . . . . . . . . . . . 161
5.8.1 Definitionsin<cstddef> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.8.2 Definitionsin<cstdlib> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.8.3 Definitionsin<cstring> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6 TheStandardTemplateLibrary 165
6.1 STLComponents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.2.1 SequenceContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.2.2 AssociativeContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.2.3 UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.2.4 AssociativeArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.2.5 OtherContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6.2.6 ContainerAdapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.3 Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.3.1 FurtherExamplesofUsingAssociativeandUnorderedContainers . . . . 193
6.3.2 IteratorCategories. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198