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C/C++ 标准库 API 速查 / C/C++ Standard Library Quick Reference

中英双语速查手册，涵盖 C 标准库与 C++ 标准库核心 API。 Bilingual quick reference covering C and C++ standard library core APIs.

参考：cppreference.com / cppreference.cn / c.biancheng.net

目录 / Table of Contents

• C 标准库
  • <string.h> 字符串操作
  • <stdlib.h> 通用工具
  • <stdio.h> 输入输出
  • <math.h> 数学
  • <ctype.h> 字符分类
  • <time.h> 时间
  • <signal.h> 信号
  • <assert.h> 断言
  • <errno.h> 错误码
  • <stdint.h> 定宽整数
  • <stddef.h> 标准定义
  • <stdbool.h> 布尔
  • <inttypes.h> 格式化宏
  • <limits.h> 极限值
  • <float.h> 浮点极限
• C++ 标准库
  • 字符串
  • 动态数组
  • / 链表
  • 双端队列
  • / 关联容器
  • /
  • /
  • 算法
  • 数值算法
  • 内存
  • 函数对象
  • 线程
  • 互斥量
  • 条件变量
  • 异步
  • 原子操作
  • 时间
  • //
  • 元组
  • 文件系统
  • 格式化
  • 正则表达式
  • //
  • 异常
  • 类型特性
  • 数值数组
• 开发经验与调优

C 标准库 (C Standard Library / C 标准库)

<string.h> / 字符串操作 / String Operations

memcpy / 内存拷贝 / Memory Copy

char src[] = "hello";
char dst[6];
memcpy(dst, src, 6); // dst == "hello"

memmove / 安全内存拷贝 / Safe Memory Copy

char buf[] = "abcdef";
memmove(buf + 2, buf, 4); // buf == "ababcd"

memset / 内存填充 / Memory Set

int arr[10];
memset(arr, 0, sizeof(arr)); // 全部置零 / zero-fill

memcmp / 内存比较 / Memory Compare

memchr / 内存搜索 / Memory Character Search

strcpy / 字符串拷贝 / String Copy

char dst[20];
strcpy(dst, "hello");

strncpy / 有限字符串拷贝 / Bounded String Copy

strlcpy / 安全字符串拷贝 / Safe String Copy (BSD)

char buf[8];
strlcpy(buf, "hello world", sizeof(buf)); // buf == "hello w", 返回 11

strcat / 字符串连接 / String Concatenation

strncat / 有限字符串连接 / Bounded String Concatenation

strlcat / 安全字符串连接 / Safe String Concatenation (BSD)

strlen / 字符串长度 / String Length

strcmp / 字符串比较 / String Compare

strncmp / 有限字符串比较 / Bounded String Compare

strchr / 字符查找（正向）/ Find Character (Forward)

strrchr / 字符查找（反向）/ Find Character (Reverse)

strstr / 子串查找 / Substring Search

const char *s = "hello world";
char *p = strstr(s, "world"); // p 指向 "world"

strtok / 字符串分割 / String Tokenize

char s[] = "one,two,three";
char *tok = strtok(s, ",");
while (tok) {
    printf("%s\n", tok);
    tok = strtok(NULL, ",");
}

strerror / 错误码转字符串 / Error Code to String

<stdlib.h> / 通用工具 / General Utilities

malloc / 内存分配 / Memory Allocation

int *p = malloc(100 * sizeof(int));
if (!p) { /* 处理错误 */ }
free(p); p = NULL;

calloc / 分配并清零 / Allocate and Zero

int *arr = calloc(100, sizeof(int)); // 100 个 int，全零

realloc / 重新分配 / Reallocate

int *tmp = realloc(p, 200 * sizeof(int));
if (tmp) p = tmp;
else { /* 保留 p，处理错误 */ }

free / 释放内存 / Free Memory

atoi / 字符串转整数 / String to Integer

strtol / 字符串转长整数 / String to Long

char *end;
long val = strtol("123abc", &end, 10); // val=123, end 指向 "abc"

strtoul / 字符串转无符号长整数 / String to Unsigned Long

strtod / 字符串转双精度浮点 / String to Double

strtof / 字符串转浮点 / String to Float

rand / 随机数 / Random Number

srand / 设置随机种子 / Seed Random Generator

arc4random / 安全随机数 / Secure Random (BSD)

qsort / 快速排序 / Quick Sort

int cmp(const void *a, const void *b) {
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}
int arr[] = {3, 1, 4, 1, 5};
qsort(arr, 5, sizeof(int), cmp);

bsearch / 二分搜索 / Binary Search

abs / labs / llabs / 绝对值 / Absolute Value

div / ldiv / 整数除法 / Integer Division

exit / 程序退出 / Program Exit

abort / 异常终止 / Abnormal Termination

atexit / 退出注册 / Exit Registration

system / 执行系统命令 / Execute System Command

getenv / 获取环境变量 / Get Environment Variable

<stdio.h> / 输入输出 / Input/Output

printf / 格式化输出 / Formatted Output

printf("Name: %s, Age: %d, PI: %.2f\n", "Alice", 30, 3.14159);

fprintf / 文件格式化输出 / File Formatted Output

sprintf / 字符串格式化 / String Format

snprintf / 安全字符串格式化 / Safe String Format

char buf[32];
int needed = snprintf(buf, sizeof(buf), "value=%d", 42);
if (needed >= sizeof(buf)) { /* 被截断 */ }

scanf / 格式化输入 / Formatted Input

int n;
scanf("%d", &n);
char name[100];
scanf("%99s", name); // 限制宽度

fopen / 打开文件 / Open File

FILE *f = fopen("data.txt", "r");
if (!f) { perror("fopen"); return 1; }

fclose / 关闭文件 / Close File

fread / 读取数据块 / Read Block

int arr[10];
size_t n = fread(arr, sizeof(int), 10, f);

fwrite / 写入数据块 / Write Block

fseek / 文件定位 / File Seek

ftell / 获取文件位置 / Get File Position

rewind / 重置文件位置 / Rewind File

fflush / 刷新缓冲区 / Flush Buffer

fgets / 读取一行 / Read Line

char line[256];
while (fgets(line, sizeof(line), f)) {
    printf("%s", line);
}

fputs / 写入字符串 / Write String

fgetc / 读取单个字符 / Read Single Character

fputc / 写入单个字符 / Write Single Character

ungetc / 回退字符 / Push Back Character

feof / 检测文件结束 / Check End of File

ferror / 检测错误 / Check Error

remove / 删除文件 / Remove File

rename / 重命名 / Rename File

popen / 管道打开 / Pipe Open

FILE *fp = popen("ls -la", "r");
char line[256];
while (fgets(line, sizeof(line), fp)) puts(line);
pclose(fp);

<math.h> / 数学 / Mathematics

fabs / 绝对值（浮点）/ Absolute Value (Float)

fmod / 浮点取模 / Float Modulo

floor / ceil / trunc / round / 取整函数 / Rounding Functions

floor(3.7)  // 3.0
ceil(3.2)   // 4.0
trunc(-3.7) // -3.0
round(3.5)  // 4.0

sqrt / 平方根 / Square Root

pow / 幂运算 / Power

exp / log / log2 / log10 / 指数与对数 / Exponential and Logarithm

sin / cos / tan / 三角函数 / Trigonometric Functions

asin / acos / atan / atan2 / 反三角函数 / Inverse Trigonometric

isnan / isinf / isfinite / 浮点分类 / Float Classification

copysign / 复制符号 / Copy Sign

数学常量 / Math Constants

<ctype.h> / 字符分类 / Character Classification

注意 / Note: 参数应为 unsigned char 或 EOF。传入负值 char（如中文）是未定义行为。

<time.h> / 时间 / Time

time / 获取当前时间 / Get Current Time

localtime / 本地时间分解 / Local Time Decomposition

gmtime / UTC 时间分解 / UTC Time Decomposition

mktime / 时间合成 / Make Time

strftime / 时间格式化 / Format Time

time_t now = time(NULL);
struct tm *t = localtime(&now);
char buf[64];
strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", t);
printf("%s\n", buf); // 2024-01-15 14:30:00

clock / 进程 CPU 时间 / Process CPU Time

clock_t start = clock();
// ... 工作 ...
double elapsed = (double)(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC;

struct tm / 分解时间结构 / Broken-down Time Structure

struct tm {
    int tm_sec;   // 秒 [0,60]
    int tm_min;   // 分 [0,59]
    int tm_hour;  // 时 [0,23]
    int tm_mday;  // 日 [1,31]
    int tm_mon;   // 月 [0,11] ⚠️ 从0开始
    int tm_year;  // 年-1900
    int tm_wday;  // 星期 [0,6] 0=周日
    int tm_yday;  // 一年中的第几天 [0,365]
    int tm_isdst; // 夏令时标志
};

<signal.h> / 信号 / Signals

常用信号 / Common Signals

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t running = 1;
void handler(int sig) { running = 0; }

int main() {
    signal(SIGINT, handler);
    while (running) { pause(); }
    printf("退出\n");
}

<assert.h> / 断言 / Assertions

#include <assert.h>
void process(int *p) {
    assert(p != NULL); // p 为 NULL 时终止
    // ...
}

<errno.h> / 错误码 / Error Codes

常见错误码 / Common Error Codes

#include <errno.h>
FILE *f = fopen("nonexistent.txt", "r");
if (!f) {
    perror("fopen"); // fopen: No such file or directory
    printf("errno=%d\n", errno); // errno=2
}

<stdint.h> / 定宽整数 / Fixed-Width Integers

极限宏 / Limit Macros

<stddef.h> / 标准定义 / Standard Definitions

<stdbool.h> / 布尔 / Boolean

C++ 中 bool/true/false 是内置关键字，无需此头文件。

<inttypes.h> / 格式化宏 / Formatting Macros

用于 printf/scanf 打印 int64_t 等定宽类型。

<limits.h> / 极限值 / Limits

<float.h> / 浮点极限 / Floating-Point Limits

C++ 标准库 (C++ Standard Library / C++ 标准库)

字符串 / Strings

std::string 构造与基本操作 / Construction & Basics

连接与比较 / Concatenation & Comparison

查找 / Searching

修改 / Modification

字符串转换 / String Conversion (C++11)

std::string_view (C++17) / 字符串视图

void process(std::string_view sv) {
    // 无拷贝地处理字符串片段
    if (sv.starts_with("http")) { /* ... */ }
}
process("https://example.com");
std::string s = "hello";
process(s); // 隐式转换

动态数组 / Dynamic Arrays

构造与基本操作 / Construction & Basics

元素访问 / Element Access

修改 / Modification

迭代器 / Iterators

迭代器失效规则 / Iterator Invalidation Rules

• push_back / emplace_back：若发生重分配（size == capacity），所有迭代器/指针/引用失效
• insert：插入点及之后的所有失效
• erase：删除点及之后的所有失效
• pop_back：仅 end() 失效
• resize：若增大则可能全部失效
• reserve / shrink_to_fit：可能全部失效

二维 vector / 2D Vector

vector<vector<int>> matrix(3, vector<int>(4, 0)); // 3×4 全零
matrix[1][2] = 42;
for (auto& row : matrix) {
    for (auto& val : row) {
        cout << val << " ";
    }
    cout << "\n";
}

/ 链表 / Linked Lists

链表特点：任意位置插入/删除 O(1)，不支持随机访问，缓存不友好。

双端队列 / Double-Ended Queue

deque 内存为分段连续，支持 O(1) 首尾操作和随机访问。中间插入仍为 O(n)。

/ 关联容器 / Associative Containers

std::map（有序映射）/ Ordered Map

…(truncated)