【C++标准库函数总结】常用标准库函数汇总

byte轻骑兵

发布于 2026-01-20 18:11:17

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C++标准库为开发者提供了丰富的工具和功能。标准库中包含了大量的函数和类，可用于执行各种任务，如输入输出操作、字符串处理、数学计算、日期时间处理以及多线程编程等。这些标准库函数不仅提高了开发效率，还增强了代码的可移植性和可维护性。本文将对 C++ 中常用的标准库函数进行详细的汇总和介绍。

一、输入输出（I/O）

1.1 标准输入输出流

C++ 的输入输出流是标准库的重要组成部分，它提供了灵活的机制来执行数据的输入和输出操作。其中，std::cin、std::cout、std::cerr 和 std::clog 是最常用的标准输入输出流对象。

①std::cin

std::cin 用于从标准输入（通常是键盘）读取数据。它是 std::istream 类的一个对象，使用提取运算符 >> 来读取数据。下面是一个简单的示例：

#include <iostream>

int main() {
    int num;
    std::cout << "请输入一个整数: ";
    std::cin >> num;
    std::cout << "你输入的整数是: " << num << std::endl;
    return 0;
}

程序会提示用户输入一个整数，然后使用 std::cin 读取用户输入的整数，并将其存储在变量 num 中，最后将该整数输出到屏幕上。

②std::cout

std::cout 用于向标准输出（通常是屏幕）输出数据。它是 std::ostream 类的一个对象，使用插入运算符 << 来输出数据。以下是一个示例：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

程序在屏幕上输出 “Hello, World!” 并换行。

③std::cerr 和 std::clog

std::cerr 和 std::clog 都用于输出错误信息和日志信息。它们的区别在于，std::cerr 通常不经过缓冲区，直接输出，而 std::clog 会经过缓冲区。下面是一个简单的示例：

#include <iostream>

int main() {
    std::cerr << "这是一个错误信息！" << std::endl;
    std::clog << "这是一个日志信息！" << std::endl;
    return 0;
}

1.2 文件输入输出流

除了标准输入输出流，C++ 还提供了文件输入输出流，用于对文件进行读写操作。主要的文件输入输出流类有 std::ifstream 和 std::ofstream。

① std::ifstream

std::ifstream 用于从文件中读取数据，它是 std::istream 的派生类。以下是一个读取文件内容的示例：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream inFile("example.txt");
    if (inFile.is_open()) {
        std::string line;
        while (std::getline(inFile, line)) {
            std::cout << line << std::endl;
        }
        inFile.close();
    } else {
        std::cerr << "无法打开文件！" << std::endl;
    }
    return 0;
}

程序尝试打开名为 “example.txt” 的文件，如果文件打开成功，则逐行读取文件内容并输出到屏幕上，最后关闭文件。如果文件打开失败，则输出错误信息。

② std::ofstream

std::ofstream 用于向文件中写入数据，它是 std::ostream 的派生类。以下是一个向文件中写入数据的示例：

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    std::ofstream outFile("output.txt");
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "这是写入文件的内容！" << std::endl;
        outFile.close();
    } else {
        std::cerr << "无法打开文件！" << std::endl;
    }
    return 0;
}

程序尝试打开名为 “output.txt” 的文件，如果文件打开成功，则将指定的内容写入文件，最后关闭文件。如果文件打开失败，则输出错误信息。

详细梳理部分见【C++】输入输出（I/O）标准库函数汇总大全-CSDN博客

二、字符串处理

2.1 `std::string` 类

C++ 标准库中的字符串处理功能主要集中在 <string> 头文件中，该头文件提供了 std::string 类，用于表示和操作字符串。std::string 类提供了丰富的成员函数，方便进行字符串的各种操作。

①字符串的创建和初始化

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str1;  // 默认初始化，空字符串
    std::string str2 = "Hello";  // 用字符串字面量初始化
    std::string str3(str2);  // 拷贝初始化
    std::string str4(5, 'A');  // 用重复的字符初始化

    std::cout << "str1: " << str1 << std::endl;
    std::cout << "str2: " << str2 << std::endl;
    std::cout << "str3: " << str3 << std::endl;
    std::cout << "str4: " << str4 << std::endl;

    return 0;
}

② 字符串的操作

std::string 类提供了许多成员函数来进行字符串的操作，如拼接、查找、替换等。以下是一些常见操作的示例：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str1 = "Hello";
    std::string str2 = " World";

    // 字符串拼接
    std::string str3 = str1 + str2;
    std::cout << "拼接后的字符串: " << str3 << std::endl;

    // 查找子串
    size_t pos = str3.find("World");
    if (pos != std::string::npos) {
        std::cout << "找到子串，位置为: " << pos << std::endl;
    } else {
        std::cout << "未找到子串！" << std::endl;
    }

    // 替换子串
    str3.replace(pos, 5, "C++");
    std::cout << "替换后的字符串: " << str3 << std::endl;

    return 0;
}

2.2 其他字符串处理函数

除了 std::string 类，还有一些其他标准库函数可以辅助进行字符串处理。

①std::getline

std::getline 函数用于从输入流读取一行到字符串中。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string line;
    std::cout << "请输入一行文本: ";
    std::getline(std::cin, line);
    std::cout << "你输入的文本是: " << line << std::endl;
    return 0;
}

②std::to_string

std::to_string 函数用于将数值转换为字符串。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    int num = 123;
    std::string str = std::to_string(num);
    std::cout << "转换后的字符串: " << str << std::endl;
    return 0;
}

③std::stoi

std::stoi 函数用于将字符串转换为整数。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "456";
    int num = std::stoi(str);
    std::cout << "转换后的整数: " << num << std::endl;
    return 0;
}

④ std::substr

std::substr 函数用于从字符串中提取子串。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello, World!";
    std::string subStr = str.substr(7, 5);
    std::cout << "提取的子串: " << subStr << std::endl;
    return 0;
}

三、数学

<cmath> 头文件提供了丰富的数学函数，用于进行各种数学计算。

3.1 平方根和幂运算

① std::sqrt

std::sqrt 函数用于计算平方根。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    double num = 16.0;
    double result = std::sqrt(num);
    std::cout << "平方根: " << result << std::endl;
    return 0;
}

②std::pow

std::pow 函数用于计算幂。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    double base = 2.0;
    double exponent = 3.0;
    double result = std::pow(base, exponent);
    std::cout << base << " 的 " << exponent << " 次幂: " << result << std::endl;
    return 0;
}

3.2 三角函数

<cmath> 头文件提供了三角函数，如 std::sin、std::cos 和 std::tan。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    double angle = 45.0;
    double radian = angle * M_PI / 180.0;  // 将角度转换为弧度
    double sinValue = std::sin(radian);
    double cosValue = std::cos(radian);
    double tanValue = std::tan(radian);

    std::cout << "正弦值: " << sinValue << std::endl;
    std::cout << "余弦值: " << cosValue << std::endl;
    std::cout << "正切值: " << tanValue << std::endl;

    return 0;
}

3.3 绝对值和四舍五入

①std::abs

std::abs 函数用于计算绝对值，有针对整数和浮点数的版本。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    int num1 = -10;
    double num2 = -3.14;
    int absInt = std::abs(num1);
    double absDouble = std::abs(num2);

    std::cout << "整数的绝对值: " << absInt << std::endl;
    std::cout << "浮点数的绝对值: " << absDouble << std::endl;

    return 0;
}

②std::round

std::round 函数用于四舍五入到最接近的整数。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    double num = 3.7;
    double result = std::round(num);
    std::cout << "四舍五入后的结果: " << result << std::endl;
    return 0;
}

四、容器

C++ 标准库提供了多种容器类，用于存储和管理数据。常见的容器有 std::vector、std::list、std::map、std::unordered_map、std::set 和 std::unordered_set。

4.1 `std::vector`

std::vector 是一个动态数组，它可以自动调整大小以容纳更多的元素。以下是一个简单的示例：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec;
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    vec.push_back(3);

    for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        std::cout << vec[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

4.2 `std::list`

std::list 是一个双向链表，它支持高效的插入和删除操作。以下是一个简单的示例：

#include <iostream>
#include <list>

int main() {
    std::list<int> lst;
    lst.push_back(1);
    lst.push_back(2);
    lst.push_back(3);

    for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

4.3 `std::map` 和 `std::unordered_map`

std::map 和 std::unordered_map 都是键值对集合。std::map 按键排序，而 std::unordered_map 不保证顺序。以下是一个 std::map 的示例：

#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    std::map<std::string, int> scores;
    scores["Alice"] = 90;
    scores["Bob"] = 85;
    scores["Charlie"] = 95;

    for (auto it = scores.begin(); it != scores.end(); ++it) {
        std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
    }

    return 0;
}

4.4 `std::set` 和 `std::unordered_set`

std::set 和 std::unordered_set 都是元素集合，不允许重复元素。std::set 按键排序，而 std::unordered_set 不保证顺序。以下是一个 std::set 的示例：

#include <iostream>
#include <set>

int main() {
    std::set<int> s;
    s.insert(3);
    s.insert(1);
    s.insert(2);

    for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

五、算法

<algorithm> 头文件提供了大量的算法函数，可用于对容器中的元素进行各种操作。

5.1 `std::sort`

std::sort 函数用于对容器中的元素进行排序。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    std::sort(vec.begin(), vec.end());

    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

5.2 `std::find`

std::find 函数用于查找元素。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 3);
    if (it != vec.end()) {
        std::cout << "找到元素: " << *it << std::endl;
    } else {
        std::cout << "未找到元素！" << std::endl;
    }

    return 0;
}

5.3 `std::for_each`

std::for_each 函数用于对容器中的每个元素执行操作。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

void print(int num) {
    std::cout << num << " ";
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), print);
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

5.4 `std::transform`

std::transform 函数用于对容器中的每个元素应用函数，并将结果存储在另一个容器中。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int square(int num) {
    return num * num;
}

int main() {
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> vec2(vec1.size());

    std::transform(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), square);

    for (int num : vec2) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

六、日期和时间

<chrono> 和 <ctime> 头文件提供了处理日期和时间的类和函数。

6.1 `std::chrono::system_clock::now()`

std::chrono::system_clock::now() 函数用于获取当前时间点。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
    std::time_t currentTime = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);
    std::cout << "当前时间: " << std::ctime(&currentTime);
    return 0;
}

6.2 `std::time`

std::time 函数用于获取当前时间（自 1970 年 1 月 1 日以来的秒数）。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <ctime>

int main() {
    std::time_t currentTime = std::time(nullptr);
    std::cout << "当前时间（秒数）: " << currentTime << std::endl;
    return 0;
}

6.3 `std::localtime` 和 `std::gmtime`

std::localtime 和 std::gmtime 函数用于将 time_t 转换为 tm 结构（包含年、月、日等）。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <ctime>

int main() {
    std::time_t currentTime = std::time(nullptr);
    std::tm* localTime = std::localtime(&currentTime);
    std::tm* gmtTime = std::gmtime(&currentTime);

    std::cout << "本地时间: " << std::asctime(localTime);
    std::cout << "格林威治时间: " << std::asctime(gmtTime);

    return 0;
}

七、多线程

<thread>、<mutex>、<condition_variable> 等头文件提供了多线程编程的支持。

7.1 `std::thread`

std::thread 类表示一个线程。以下是一个简单的示例：

#include <iostream>
#include <thread>

void printHello() {
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(printHello);
    t.join();
    std::cout << "Hello from main!" << std::endl;
    return 0;
}

7.2 `std::mutex`、`std::lock_guard` 和 `std::unique_lock`

std::mutex、std::lock_guard 和 std::unique_lock 用于同步，防止数据竞争。以下是一个使用 std::mutex 和 std::lock_guard 的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;
int sharedData = 0;

void increment() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ++sharedData;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Shared data: " << sharedData << std::endl;
    return 0;
}

7.3 `std::condition_variable`

std::condition_variable 用于线程间的条件等待和通知。以下是一个简单的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
    std::cout << "Worker thread is working!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(worker);

    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();

    t.join();
    std::cout << "Main thread is done!" << std::endl;
    return 0;
}

八、总结

本文对 C++ 标准库中常用的函数和类进行了详细的汇总和介绍，涵盖了输入输出、字符串处理、数学计算、容器、算法、日期和时间处理以及多线程编程等方面。这些标准库函数和类为 C++ 开发者提供了强大的工具，能够大大提高开发效率和代码质量。然而，C++ 标准库非常庞大且功能丰富，本文只是介绍了其中的一部分。在实际开发中，可以根据具体需求深入学习和运用标准库的其他功能。

希望通过本文的介绍，能够对 C++ 标准库有更深入的了解，并在实际编程中灵活运用这些标准库函数和类。

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原始发表：2025-03-29，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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