5.06. Встроенные функции в C++

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВВ РАЗРАБОТКЕ

Разработчику Архитектору

Встроенные функции в C++

В языке C++ отсутствуют встроенные функции в классическом понимании интерпретируемых языков. Основу функциональности составляют функции стандартной библиотеки C и C++, а также компиляторные внутренние функции. Справочник охватывает наиболее часто применяемые утилиты, сгруппированные по категориям использования.

Управление выполнением программы

Функция	Значение	Пример
exit	Немедленное завершение программы с возвратом кода состояния операционной системе	exit(EXIT_SUCCESS);
abort	Аварийное завершение программы без вызова деструкторов объектов	abort();
atexit	Регистрация функции для вызова при нормальном завершении программы	atexit(cleanup_function);
quick_exit	Быстрое завершение программы с минимальной очисткой ресурсов	quick_exit(EXIT_FAILURE);
at_quick_exit	Регистрация функции для вызова при быстром завершении программы	at_quick_exit(log_shutdown);

Работа с памятью

Функция	Значение	Пример
malloc	Выделение блока памяти указанного размера без инициализации	void* ptr = malloc(100);
calloc	Выделение и обнуление блока памяти для заданного количества элементов	int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
realloc	Изменение размера ранее выделенного блока памяти	ptr = realloc(ptr, 200);
free	Освобождение ранее выделенного блока памяти	free(ptr);
memcpy	Копирование байтов из одного блока памяти в другой	memcpy(dest, src, size);
memmove	Копирование байтов с корректной обработкой перекрывающихся областей	memmove(dest, src, size);
memset	Заполнение блока памяти заданным значением	memset(buffer, 0, 1024);

Математические функции

Функция	Значение	Пример
abs	Вычисление абсолютного значения целого числа	int x = abs(-42);
fabs	Вычисление абсолютного значения числа с плавающей точкой	double y = fabs(-3.14);
sqrt	Вычисление квадратного корня	double r = sqrt(16.0);
pow	Возведение числа в степень	double p = pow(2.0, 8.0);
sin	Вычисление синуса угла в радианах	double s = sin(M_PI / 2);
cos	Вычисление косинуса угла в радианах	double c = cos(0.0);
tan	Вычисление тангенса угла в радианах	double t = tan(M_PI / 4);
log	Вычисление натурального логарифма	double l = log(2.71828);
log10	Вычисление десятичного логарифма	double d = log10(1000.0);
ceil	Округление числа вверх до ближайшего целого	double u = ceil(3.14);
floor	Округление числа вниз до ближайшего целого	double d = floor(3.99);
round	Округление числа до ближайшего целого по правилам математики	double r = round(3.5);

Строковые функции

Функция	Значение	Пример
strlen	Определение длины нуль-терминированной строки	size_t len = strlen("hello");
strcpy	Копирование одной строки в другую	strcpy(dest, "source");
strncpy	Копирование с ограничением максимального количества символов	strncpy(dest, src, 10);
strcat	Конкатенация двух строк	strcat(dest, " suffix");
strncat	Конкатенация с ограничением количества добавляемых символов	strncat(dest, src, 5);
strcmp	Сравнение двух строк лексикографически	int cmp = strcmp(a, b);
strncmp	Сравнение с ограничением количества сравниваемых символов	int cmp = strncmp(a, b, 3);
strchr	Поиск первого вхождения символа в строке	char* p = strchr(str, 'a');
strstr	Поиск подстроки внутри строки	char* p = strstr(haystack, needle);
atoi	Преобразование строки в целое число	int n = atoi("42");
atof	Преобразование строки в число с плавающей точкой	double d = atof("3.14");

Ввод и вывод данных

Функция	Значение	Пример
printf	Форматированный вывод данных в стандартный поток	printf("Value: %d\n", 42);
scanf	Форматированный ввод данных из стандартного потока	scanf("%d", &value);
fprintf	Форматированный вывод в файловый поток	fprintf(file, "Error: %s", msg);
fscanf	Форматированный ввод из файлового потока	fscanf(file, "%d", &value);
sprintf	Форматированный вывод в строковый буфер	sprintf(buffer, "ID: %04d", id);
snprintf	Безопасный форматированный вывод с ограничением длины	snprintf(buf, size, "Data: %s", input);
fopen	Открытие файла для чтения или записи	FILE* f = fopen("data.txt", "r");
fclose	Закрытие ранее открытого файла	fclose(file);
fread	Чтение блока данных из файла	fread(buffer, 1, 1024, file);
fwrite	Запись блока данных в файл	fwrite(data, sizeof(int), 10, file);
fflush	Сброс буфера вывода на устройство	fflush(stdout);

Функции преобразования и утилиты

Функция	Значение	Пример
sizeof	Оператор определения размера типа или объекта в байтах	size_t s = sizeof(int);
typeid	Получение информации о типе во время выполнения	const type_info& ti = typeid(obj);
offsetof	Вычисление смещения поля внутри структуры	size_t off = offsetof(struct_t, field);
qsort	Сортировка массива с использованием пользовательской функции сравнения	qsort(arr, 10, sizeof(int), compare);
bsearch	Бинарный поиск элемента в отсортированном массиве	void* p = bsearch(key, arr, 10, sizeof(int), compare);
time	Получение текущего календарного времени	time_t now = time(NULL);
clock	Измерение процессорного времени выполнения программы	clock_t start = clock();
rand	Генерация псевдослучайного целого числа	int r = rand() % 100;
srand	Инициализация генератора псевдослучайных чисел	srand(time(NULL));

Функции и методы стандартной библиотеки C++ (STL)

Контейнеры: общие методы

Метод	Значение	Пример
size	Возвращает количество элементов в контейнере	size_t n = vec.size();
empty	Проверяет, пуст ли контейнер	if (vec.empty()) { /* ... */ }
clear	Удаляет все элементы из контейнера	vec.clear();
begin	Возвращает итератор на первый элемент	auto it = vec.begin();
end	Возвращает итератор на позицию после последнего элемента	auto it = vec.end();
front	Доступ к первому элементу контейнера	int first = vec.front();
back	Доступ к последнему элементу контейнера	int last = vec.back();

Вектор и динамические массивы

Функция / метод	Значение	Пример
vector	Шаблонный класс динамического массива	std::vector<int> v;
push_back	Добавление элемента в конец вектора	v.push_back(42);
pop_back	Удаление последнего элемента вектора	v.pop_back();
resize	Изменение размера вектора	v.resize(100);
reserve	Резервирование памяти без изменения размера	v.reserve(1000);
capacity	Текущая ёмкость выделенной памяти	size_t cap = v.capacity();
shrink_to_fit	Сокращение ёмкости до размера контейнера	v.shrink_to_fit();

Строки и строковые операции

Функция / метод	Значение	Пример
string	Класс для работы со строками	std::string s = "text";
length	Возвращает длину строки	size_t len = s.length();
substr	Извлечение подстроки	std::string sub = s.substr(0, 4);
find	Поиск подстроки или символа	size_t pos = s.find("abc");
replace	Замена части строки	s.replace(0, 3, "new");
append	Добавление текста в конец строки	s.append(" more");
c_str	Получение указателя на C-строку	const char* p = s.c_str();
to_string	Преобразование числа в строку	std::string num = std::to_string(42);
stoi	Преобразование строки в целое число	int n = std::stoi("42");
stod	Преобразование строки в число с плавающей точкой	double d = std::stod("3.14");

Алгоритмы стандартной библиотеки

Функция	Значение	Пример
sort	Сортировка диапазона элементов	std::sort(vec.begin(), vec.end());
reverse	Разворот последовательности	std::reverse(arr, arr + n);
find	Поиск значения в диапазоне	auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 42);
count	Подсчёт вхождений значения	int c = std::count(v.begin(), v.end(), 5);
copy	Копирование диапазона	std::copy(src, src + n, dest);
fill	Заполнение диапазона значением	std::fill(arr, arr + 10, 0);
max_element	Поиск максимального элемента	auto it = std::max_element(v.begin(), v.end());
min_element	Поиск минимального элемента	auto it = std::min_element(v.begin(), v.end());
accumulate	Суммирование элементов диапазона	int sum = std::accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
transform	Применение функции к каждому элементу	std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(), f);

Потоки ввода-вывода

Объект / функция	Значение	Пример
cin	Стандартный поток ввода	std::cin >> value;
cout	Стандартный поток вывода	std::cout << "text";
cerr	Стандартный поток ошибок	std::cerr << "error";
getline	Чтение строки из потока	std::getline(std::cin, str);
ifstream	Поток для чтения из файла	std::ifstream f("in.txt");
ofstream	Поток для записи в файл	std::ofstream f("out.txt");
stringstream	Поток для работы со строками	std::stringstream ss; ss << 42;

Управление исключениями

Конструкция	Значение	Пример
try	Блок кода с возможными исключениями	try { /* ... */ }
catch	Обработка перехваченного исключения	catch (const std::exception& e) { }
throw	Генерация исключения	throw std::runtime_error("msg");
noexcept	Спецификатор отсутствия исключений	void f() noexcept { }

Утилиты и вспомогательные функции

Функция / шаблон	Значение	Пример
auto	Автоматический вывод типа переменной	auto x = 42;
nullptr	Типобезопасный нулевой указатель	int* p = nullptr;
sizeof	Оператор определения размера в байтах	size_t s = sizeof(int);
decltype	Вывод типа выражения	decltype(x) y = x;
move	Превращение объекта в rvalue для перемещения	std::vector<int> v2 = std::move(v1);
swap	Обмен значениями двух объектов	std::swap(a, b);
make_unique	Создание умного указателя unique_ptr	auto p = std::make_unique<int>(42);
make_shared	Создание умного указателя shared_ptr	auto p = std::make_shared<int>(42);

Многопоточность и синхронизация

Функция / класс	Значение	Пример
thread	Создание и управление потоком выполнения	std::thread t(worker_function);
join	Ожидание завершения потока	t.join();
detach	Отделение потока для независимого выполнения	t.detach();
mutex	Базовый мьютекс для защиты разделяемых данных	std::mutex m; m.lock();
lock_guard	RAII-обёртка для автоматической блокировки мьютекса	std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
unique_lock	Гибкая блокировка мьютекса с отложенной блокировкой	std::unique_lock<std::mutex> lock(m, std::defer_lock);
condition_variable	Условная переменная для синхронизации потоков	cv.wait(lock, []{ return ready; });
notify_one	Пробуждение одного ожидающего потока	cv.notify_one();
notify_all	Пробуждение всех ожидающих потоков	cv.notify_all();
atomic	Атомарные операции без блокировок	std::atomic<int> counter(0); counter++;
future	Получение результата асинхронной операции	std::future<int> f = std::async(task);
promise	Установка значения для связанного future	std::promise<int> p; p.set_value(42);
async	Запуск функции асинхронно	auto f = std::async(std::launch::async, calc);

Работа со временем

Функция / класс	Значение	Пример
chrono::system_clock	Стенное время системы	auto now = std::chrono::system_clock::now();
chrono::steady_clock	Монотонные часы для измерения интервалов	auto start = std::chrono::steady_clock::now();
chrono::duration	Представление временного интервала	std::chrono::seconds s(5);
chrono::time_point	Точка во времени	std::chrono::time_point tp = clock::now();
this_thread::sleep_for	Приостановка текущего потока на интервал	std::this_thread::sleep_for(100ms);
this_thread::sleep_until	Приостановка до заданного момента времени	std::this_thread::sleep_until(wakeup_time);
time_t	Тип для представления календарного времени	time_t t = time(nullptr);
localtime	Преобразование time_t в локальное время	tm* lt = localtime(&t);
gmtime	Преобразование time_t в время UTC	tm* utc = gmtime(&t);
mktime	Преобразование структуры tm в time_t	time_t t = mktime(&tm_struct);

Умные указатели

Функция / класс	Значение	Пример
unique_ptr	Уникальное владение объектом	std::unique_ptr<int> p(new int(42));
shared_ptr	Совместное владение с подсчётом ссылок	std::shared_ptr<int> p = std::make_shared<int>(42);
weak_ptr	Ненаблюдательная ссылка на объект shared_ptr	std::weak_ptr<int> wp = sp;
make_unique	Безопасное создание unique_ptr (C++14)	auto p = std::make_unique<MyClass>();
make_shared	Эффективное создание shared_ptr	auto p = std::make_shared<std::vector<int>>(10);
reset	Освобождение управляемого объекта	p.reset();
get	Получение сылки на управляемый объект	int* raw = p.get();
use_count	Текущее количество владельцев shared_ptr	long n = sp.use_count();
expired	Проверка, указывает ли weak_ptr на живой объект	if (wp.expired()) { /* объект уничтожен */ }
lock	Преобразование weak_ptr в shared_ptr	auto sp = wp.lock();

Функциональные объекты и утилиты

Функция / класс	Значение	Пример
function	Обобщённая обёртка для вызываемых объектов	std::function<int(int)> f = square;
bind	Частичное применение аргументов функции	auto f = std::bind(add, _1, 10);
ref	Обёртка для передачи аргумента по ссылке	std::ref(value)
cref	Обёртка для передачи константной ссылки	std::cref(const_value)
move	Приведение к rvalue для перемещения	std::move(obj)
forward	Идеальная передача аргументов	std::forward<T>(arg)
pair	Контейнер для двух значений	std::pair<int, string> p(42, "text");
make_pair	Создание пары без указания типов	auto p = std::make_pair(42, "text");
tuple	Контейнер для фиксированного числа значений	std::tuple<int, double, string> t(1, 2.0, "s");
get	Доступ к элементу кортежа по индексу	int x = std::get<0>(t);
tie	Распаковка кортежа в отдельные переменные	std::tie(a, b) = get_values();
optional	Представление опционального значения (C++17)	std::optional<int> o = 42;
nullopt	Отсутствие значения для optional	std::optional<int> empty = std::nullopt;
variant	Типобезопасный объединённый тип (C++17)	std::variant<int, string> v = "text";
visit	Применение функции к значению variant	std::visit(visitor, v);

Работа с файловой системой (C++17)

Функция / класс	Значение	Пример
filesystem::path	Представление пути к файлу или каталогу	std::filesystem::path p("/home/user");
exists	Проверка существования файла или каталога	if (std::filesystem::exists(p)) { }
is_directory	Проверка, является ли путь каталогом	bool dir = std::filesystem::is_directory(p);
is_regular_file	Проверка, является ли путь обычным файлом	bool file = std::filesystem::is_regular_file(p);
create_directory	Создание каталога	std::filesystem::create_directory("new_dir");
remove	Удаление файла или пустого каталога	std::filesystem::remove("file.txt");
remove_all	Рекурсивное удаление каталога со всем содержимым	std::filesystem::remove_all("dir");
copy	Копирование файла или каталога	std::filesystem::copy(src, dst);
rename	Переименование или перемещение файла	std::filesystem::rename(old, new);
file_size	Получение размера файла в байтах	uintmax_t size = std::filesystem::file_size(p);
current_path	Получение или установка текущего рабочего каталога	auto cwd = std::filesystem::current_path();
absolute	Преобразование пути в абсолютный	auto abs = std::filesystem::absolute(p);
canonical	Получение канонического пути без символических ссылок	auto canon = std::filesystem::canonical(p);
directory_iterator	Итератор по содержимому каталога	for (auto& e : std::filesystem::directory_iterator("."))
recursive_directory_iterator	Рекурсивный итератор по дереву каталогов	for (auto& e : std::filesystem::recursive_directory_iterator("."))

Исключения стандартной библиотеки

Класс исключения	Значение	Пример перехвата
exception	Базовый класс всех исключений	catch (const std::exception& e)
logic_error	Ошибки логики программы	catch (const std::logic_error& e)
invalid_argument	Передан недопустимый аргумент	throw std::invalid_argument("msg");
out_of_range	Выход за границы диапазона	throw std::out_of_range("index");
runtime_error	Ошибки времени выполнения	catch (const std::runtime_error& e)
range_error	Ошибка диапазона числового значения	throw std::range_error("value");
overflow_error	Арифметическое переполнение	throw std::overflow_error("calc");
underflow_error	Арифметическое исчезновение порядка	throw std::underflow_error("calc");
bad_alloc	Неудачное выделение памяти	catch (const std::bad_alloc& e)
bad_cast	Некорректное преобразование dynamic_cast	catch (const std::bad_cast& e)
bad_typeid	Использование typeid с нулевым указателем	catch (const std::bad_typeid& e)
bad_function_call	Вызов пустого std::function	catch (const std::bad_function_call& e)
bad_weak_ptr	Создание shared_ptr из expired weak_ptr	catch (const std::bad_weak_ptr& e)
system_error	Ошибки системного уровня	catch (const std::system_error& e)
ios_base::failure	Ошибки потоков ввода-вывода	catch (const std::ios_base::failure& e)

Локализация и локали

Класс / функция	Значение	Пример
locale	Представление локали для форматирования	std::locale loc("ru_RU.UTF-8");
imbue	Установка локали для потока	std::cout.imbue(loc);
toupper	Преобразование символа в верхний регистр по локали	char c = std::toupper('a', loc);
tolower	Преобразование символа в нижний регистр по локали	char c = std::tolower('A', loc);
isdigit	Проверка цифрового символа по локали	bool d = std::isdigit('5', loc);
numpunct	Фасет для форматирования чисел	std::numpunct<char>
time_get	Фасет для разбора даты и времени	std::time_get<char>
time_put	Фасет для форматирования даты и времени	std::time_put<char>
codecvt	Преобразование между кодировками	std::codecvt_utf8<wchar_t>

---