C++ 标准库头文件手册

本文档按功能分类整理 C++ 标准库头文件，涵盖 C++98 至 C++23 的主要特性。每个头文件简要说明其用途和常用组件，并标注引入版本（未标注则表示 C++98 已有）。

1. 语言支持

头文件 说明 常用组件 版本
<cstddef> 定义与内存相关的类型和宏 std::size_t, std::ptrdiff_t, NULL, offsetof
<limits> 提供算术类型极限信息 std::numeric_limits
<climits> C 风格整数类型极限宏 INT_MAX, CHAR_BIT 等
<cfloat> C 风格浮点类型极限宏 DBL_MIN, FLT_MAX 等
<cstdint> 定宽整数类型 int32_t, uint64_t 等 C++11
<cstdlib> 通用工具：内存管理、随机数、环境等 std::malloc, std::free, std::rand, std::exit
<csetjmp> 非局部跳转 std::setjmp, std::longjmp
<csignal> 信号处理 std::signal, std::raise
<cstdarg> 可变参数处理 va_list, va_start, va_arg, va_end
<cassert> 断言宏 assert
<exception> 异常处理基础 std::exception, std::terminate
<stdexcept> 标准异常类 std::logic_error, std::runtime_error 及其派生
<new> 动态内存管理 new 表达式, std::bad_alloc, placement new
<typeinfo> 运行时类型信息 std::type_info, std::bad_cast
<initializer_list> 初始化列表支持 std::initializer_list C++11
<compare> 三路比较运算符支持 std::strong_ordering, std::weak_ordering, std::partial_ordering C++20
<source_location> 源代码位置信息 std::source_location C++20
<version> 库版本特性测试宏 __cpp_lib_* 宏 C++20

2. 输入输出

头文件 说明 常用组件 版本
<iostream> 标准输入输出流 std::cin, std::cout, std::cerr, std::clog
<fstream> 文件输入输出流 std::ifstream, std::ofstream, std::fstream
<sstream> 字符串流 std::istringstream, std::ostringstream, std::stringstream
<iomanip> 输入输出操纵符 std::setw, std::setprecision, std::setfill
<ios> 输入输出基类 std::ios_base, std::ios
<iosfwd> 输入输出类的前向声明 std::iostream 等的前向声明
<streambuf> 流缓冲区类 std::streambuf
<cstdio> C 风格输入输出 std::printf, std::scanf, std::FILE, std::fopen
<spanstream> 基于固定缓冲区的字符串流 std::ispanstream, std::ospanstream C++23
<syncstream> 同步输出流（线程安全） std::osyncstream C++20

3. 字符串

头文件 说明 常用组件 版本
<string> 字符串类模板 std::string, std::wstring, std::u8string (C++20), std::u16string, std::u32string
<string_view> 字符串视图（非拥有） std::string_view, std::wstring_view 等 C++17
<cstring> C 风格字符串函数 std::strlen, std::strcpy, std::strcmp
<cctype> 字符分类与转换 std::isalpha, std::isdigit, std::tolower
<cwchar> 宽字符 C 函数 std::wcslen, std::wcscpy
<cwctype> 宽字符分类 std::iswalpha, std::iswdigit
<charconv> 数值与字符转换（高性能、无本地化） std::to_chars, std::from_chars C++17
<format> 格式化输出库 std::format, std::formatter C++20
<text_encoding> 文本编码标识 std::text_encoding C++26（预览）

4. 容器

头文件 说明 常用组件 版本
<vector> 动态数组 std::vector
<deque> 双端队列 std::deque
<list> 双向链表 std::list
<forward_list> 单向链表 std::forward_list C++11
<array> 固定大小数组 std::array C++11
<span> 连续序列视图（非拥有） std::span C++20
<mdspan> 多维数组视图 std::mdspan C++23
<queue> 队列适配器 std::queue, std::priority_queue
<stack> 栈适配器 std::stack
<map> 关联容器（键值对，有序） std::map, std::multimap
<set> 关联容器（键集合，有序） std::set, std::multiset
<unordered_map> 无序关联容器（哈希表） std::unordered_map, std::unordered_multimap C++11
<unordered_set> 无序关联容器（哈希集合） std::unordered_set, std::unordered_multiset C++11
<flat_map> 有序容器（连续存储，扁平映射） std::flat_map, std::flat_multimap C++23
<flat_set> 有序容器（连续存储，扁平集合） std::flat_set, std::flat_multiset C++23

5. 算法

头文件 说明 常用组件 版本
<algorithm> 通用算法 std::sort, std::find, std::copy, std::transform, std::accumulate (C++ 中在 <numeric>)
<numeric> 数值算法 std::accumulate, std::inner_product, std::partial_sum, std::iota (C++11)
<execution> 并行算法执行策略 std::execution::seq, std::execution::par, std::execution::par_unseq C++17
<ranges> 范围库（视图、适配器） std::views, std::ranges::sort 等 C++20
<bit> 位操作函数 std::bit_cast, std::rotl, std::popcount C++20
<memory> 内存管理工具、智能指针 std::unique_ptr, std::shared_ptr, std::allocator C++11（智能指针）
<scoped_allocator> 多级分配器 std::scoped_allocator_adaptor C++11
<memory_resource> 多态内存资源 std::pmr::memory_resource, std::pmr::polymorphic_allocator C++17

6. 迭代器

头文件 说明 常用组件 版本
<iterator> 迭代器定义、特性、适配器 std::iterator_traits, std::back_inserter, std::begin, std::end

7. 数值与数学

头文件 说明 常用组件 版本
<cmath> C 风格数学函数 std::sqrt, std::pow, std::sin, std::cos
<cstdlib> 包含 std::abs 等整数绝对值
<cinttypes> 整数类型格式宏及函数 std::intmax_t, std::strtoimax C++11
<complex> 复数类 std::complex
<random> 随机数生成器与分布 std::mt19937, std::uniform_int_distribution C++11
<valarray> 数值数组类 std::valarray
<ratio> 编译期有理数 std::ratio, std::milli C++11
<numbers> 数学常数 std::numbers::pi, std::numbers::e C++20
<linalg> 线性代数基础算法（BLAS 风格） std::linalg::vector_abs_sum C++26（预览）

8. 时间与日期

头文件 说明 常用组件 版本
<chrono> 时间库 std::chrono::duration, std::chrono::time_point, std::chrono::system_clock C++11
<ctime> C 风格日期时间 std::time, std::localtime, std::strftime
<calendar> 日历日期（原为 <chrono> 的一部分） std::chrono::year_month_day 等 C++20
<time_zone> 时区支持（原为 <chrono> 的一部分） std::chrono::time_zone C++20

9. 多线程与并发

头文件 说明 常用组件 版本
<thread> 线程类 std::thread C++11
<mutex> 互斥锁 std::mutex, std::lock_guard, std::unique_lock, std::shared_mutex (C++17) C++11
<shared_mutex> 共享互斥锁 std::shared_mutex, std::shared_lock C++14
<condition_variable> 条件变量 std::condition_variable, std::condition_variable_any C++11
<future> 异步任务与未来对象 std::future, std::promise, std::async C++11
<atomic> 原子操作 std::atomic, std::atomic_flag C++11
<barrier> 屏障（线程同步点） std::barrier C++20
<latch> 一次性倒计时闩锁 std::latch C++20
<semaphore> 信号量 std::counting_semaphore, std::binary_semaphore C++20
<stop_token> 可停止线程的令牌 std::stop_token, std::stop_source C++20

10. 文件系统

头文件 说明 常用组件 版本
<filesystem> 文件系统操作 std::filesystem::path, std::filesystem::directory_iterator, std::filesystem::copy C++17

11. 正则表达式

头文件 说明 常用组件 版本
<regex> 正则表达式库 std::regex, std::smatch, std::regex_search C++11

12. 随机数生成

头文件 说明 常用组件 版本
<random> （同 7. 数值与数学） C++11

13. 异常处理

头文件 说明 常用组件 版本
<exception> （同 1. 语言支持）
<stdexcept> （同 1. 语言支持）

14. 实用工具

头文件 说明 常用组件 版本
<utility> 通用工具：std::pair, std::move, std::forward std::pair, std::make_pair, std::move, std::forward, std::swap
<tuple> 元组 std::tuple, std::make_tuple, std::tie C++11
<optional> 可能含值的包装器 std::optional C++17
<variant> 类型安全的联合 std::variant C++17
<any> 可存储任意类型的对象 std::any C++17
<expected> 含值或错误的类型 std::expected C++23
<bitset> 固定大小的位序列 std::bitset
<type_traits> 编译期类型特性 std::is_integral, std::is_same, std::enable_if C++11
<typeindex> type_info 的包装器，可用于关联容器 std::type_index C++11
<functional> 函数对象、绑定器、std::function std::function, std::bind, std::placeholders, std::mem_fn, std::ref
<ctime> （同 8. 时间与日期）
<chrono> （同 8. 时间与日期）
<cstdalign> 对齐支持（C++11 中废弃） alignas, alignof C++11（废弃）
<cstdbool> 布尔宏（C++11 中废弃） bool 宏 C++11（废弃）
<version> 特性测试宏 __cpp_lib_* C++20

15. 动态内存管理

头文件 说明 常用组件 版本
<new> （同 1. 语言支持）
<memory> （同 5. 算法） 智能指针、std::allocator
<scoped_allocator> （同 5. 算法） C++11
<memory_resource> （同 5. 算法） C++17

16. 类型支持

头文件 说明 常用组件 版本
<typeinfo> （同 1. 语言支持）
<type_traits> （同 14. 实用工具） C++11
<concepts> 概念库 std::same_as, std::convertible_to, std::derived_from 等 C++20
<coroutine> 协程支持 std::coroutine_handle, std::suspend_always C++20
<any> （同 14. 实用工具） C++17
<optional> （同 14. 实用工具） C++17
<variant> （同 14. 实用工具） C++17

17. 原子操作

头文件 说明 常用组件 版本
<atomic> （同 9. 多线程与并发） C++11

18. 信号处理

头文件 说明 常用组件 版本
<csignal> （同 1. 语言支持）

19. 本地化

头文件 说明 常用组件 版本
<locale> 本地化设置 std::locale, std::ctype, std::collate
<clocale> C 风格本地化 std::setlocale, std::localeconv
<codecvt> 字符编码转换（C++17 中废弃，C++26 中移除） std::codecvt_utf8 C++11（已废弃）

20. C 兼容头文件

C++ 提供了对应的 C 标准库头文件（以 c 开头，如 <cstdio>），并确保所有名字在 std 命名空间中。此外也保留了不带 .h 的 C 头文件，但建议使用 C++ 风格的版本。

头文件 对应 C 头文件 说明
<cassert> <assert.h> 断言
<cctype> <ctype.h> 字符处理
<cerrno> <errno.h> 错误码
<cfenv> <fenv.h> 浮点环境
<cfloat> <float.h> 浮点极限
<cinttypes> <inttypes.h> 整数格式
<climits> <limits.h> 整数极限
<clocale> <locale.h> 本地化
<cmath> <math.h> 数学函数
<csetjmp> <setjmp.h> 非局部跳转
<csignal> <signal.h> 信号
<cstdarg> <stdarg.h> 可变参数
<cstddef> <stddef.h> 常用类型
<cstdint> <stdint.h> 定宽整数
<cstdio> <stdio.h> 输入输出
<cstdlib> <stdlib.h> 通用工具
<cstring> <string.h> 字符串函数
<ctime> <time.h> 时间
<cuchar> <uchar.h> Unicode 字符
<cwchar> <wchar.h> 宽字符
<cwctype> <wctype.h> 宽字符分类

使用建议

  • 优先使用 C++ 标准库：它提供了类型安全、泛型、RAII 等现代 C++ 特性。
  • 包含所需的最小头文件：避免包含不必要的巨大头文件（如 <bits/stdc++.h>），以加快编译速度。
  • 注意版本兼容性：某些头文件（如 <format>、<ranges>）需要较新的编译器支持。
  • C 兼容头文件：在 C++ 中应使用 <cxxx> 版本，并将标识符放入 std 命名空间。

本文档基于 C++23 标准整理，部分 C++26 特性作为预览提及。实际使用时请参考编译器的支持情况。