C++/표준 라이브러리

1. 개요

1.1. 역사

2. 구성

2.1. 환경

2.1.1. <cstddef>

• std::size_t, std::ptrdiff_t
• std::nullptr_t^C++11
• std::max_align_t^C++11
• enum class std::byte^C++17

2.1.2. <cstdlib>

• NULL
• std::div_t, std::ldiv_t, std::lldiv_t, std::size_t
• std::malloc(), std::calloc(), std::realloc(), std::free()
• std::rand(), std::srand()
• std::qsort(), std::bsearch()
• std::abort(), std::exit(), std::atexit()
• std::getenv(), std::system()
• std::quick_exit()^C++11 , std::at_quick_exit()^C++11
• std::aligned_alloc()^C++17

2.1.3. <version>

2.1.4. <debugging>

• std::is_debugger_present() noexcept

2.1.5. <text_encoding>

• class std::text_encoding
• enum class std::text_encoding::id

2.2. 메타 프로그래밍

2.2.1. <type_traits>

2.2.2. <concepts>

2.3. 리플렉션

2.3.1. <typeinfo>

• class std::type_info
• typeid(): 자료형에 관한 정보를 가져오는 연산자. std::type_info의 인스턴스를 반환한다. [3]

2.3.2. <typeindex>

• class std::type_index: 상기한 std::type_info를 비교하거나 연관 컨테이너에서 이용하기 위해 래핑하는 클래스

2.3.3. <source_location>

• class std::source_location: C언어에서 수십년간 이용되던 매크로를 대체하여, 현재 소스 파일의 내용과 메타 정보를 접근할 수 있게 도와주는 클래스. 이를 위해 static consteval 멤버 함수를 가지고 있다.

2.3.4. <stacktrace>

• class std::stacktrace_entry: 함수 실행 스택의 정보를 저장하는 클래스. 단일 클래스로는 아무것도 못하고 후술할 std::basic_stacktrace에서 가져와야 한다.
• class std::basic_stacktrace<Allocator>: 현재 함수의 실행 스택을 목록으로 저장하고 볼 수도 있는 클래스. [4]

2.4. 오류 처리

2.4.1. <exception>

• class std::exception: 모든 예외의 부모 클래스.
• class std::bad_exception: 모든 나쁜 예외의 부모 클래스.

2.4.2. <stdexcept>

• class std::nested_exception: 중첩해서 던져진 예외를 처리하는 클래스
• class std::logic_error, std::invalid_argument, std::overflow_error 등 std::exception의 특수화 클래스를 제공.

2.4.3. <system_error>

• enum class std::errc: POSIX 인터페이스를 이용하는 범용 운영체제에서 발생하는 오류의 코드 목록. C언어의 errno와 관련한 전처리기 상수들을 대체할 수 있다.
• class std::error_category: 범용 운영체제에서 발생하는 오류를 분류하거나, 발생한 오류 코드의 정보를 찾아볼 수 있는 클래스. 운영체제 특화보다는 C++ 표준에 알맞게 오류를 구분하고 있다.
• class std::system_error: 현재 운영체제에서 발생한 오류 코드와 내용을 보여주는 클래스. 가령 특정 운영체제의 스레드나 네트워크 소켓에서 오류가 발생하면 그 오류는 C++ 표준에는 없겠지만, try { ... } catch (std::system_error)를 이용할 수 있다면 현재 운영체제에 맞는 오류를 알아낼 수 있다. 이 클래스에서는 std::errc와 std::error_category를 멤버 함수를 통해 접근할 수 있다.
• class std::error_code: 현재 운영체제에서 발생한 오류에 관련된 부호를 저장하는 클래스. 이 클래스 역시도 std::errc와 std::error_category를 멤버 함수를 통해 접근할 수 있다. 보통 이 부호는 enum class std::errc와 똑같은 값인, 오류의 종류를 나타내는 숫자이다. 그러나 심지어는 내부 오류 객체에 대한 포인터나 핸들일 수도 있다. 때문에 고유한 부호가 아니라서 똑같은 숫자라도 현재 std::error_category에 따라 의미가 달라질 수 있다.

2.4.4. <expected>

2.5. 숫자

2.5.1. 연산

2.5.1.1. <cmath>

2.5.1.2. <complex>

• class std::complex: 복소수 클래스.

2.5.1.3. <bit>

• bit_cast(): 이 모듈의 핵심 함수로써 숫자의 변환을 메모리의 내용을 그대로 복사한다. 가령 float 6.01f를 int로 바꾸면 원래는 6이 되겠지만, bit_cast의 결과는 그렇지 않다. 다시 말하면 float 변수를 reinterpret_cast<const char*>로 변환하고 int 변수의 주소에 memcpy를 한것과 똑같이 동작한다. 그런데 이 함수는 결정론적인 수행이 가능하다.

2.5.1.4. <linalg>

2.5.2. 메타

2.5.2.1. <limits>

2.5.2.2. <numbers>

2.6. 문자열

2.6.1. <string>

• class std::string: 동적 할당된 문자열 클래스.

2.6.2. <regex>

2.6.3. <string_view>

• class std::string_view: C 방식의 문자열 또는 std::string을 참조하는 읽기 전용 클래스.

2.6.4. <charconv>

• enum class std::chars_format: 숫자를 변환할 규칙을 나열한 열거형
• std::from_chars(): 문자열을 읽어 숫자로 변환하는 함수. T는 정수, 부동소수점 모두 가능하다.
• std::to_chars(): 숫자를 문자열로 변환하여 문자열 범위에 쓰는 함수. T는 정수, 부동소수점 모두 가능하다.

2.6.5. <format>

2.7. 컨테이너

2.7.1. <vector>

• class std::vector: 이름이 다소 이상하게 붙어 있지만 개념적으로는 크기가 자동으로 동적 할당되는 배열이며 연산자 오버로딩 덕분에 C의 배열과 거의 비슷하게 사용할 수 있다. 임의 위치 참조 O(1), 끝에 삽입/삭제 O(1), 끝을 제외한 임의 위치에서의 삽입/삭제 O(n)이다.

2.7.2. <bitset>

• class std::bitset: 비트 묶음을 표현하는 클래스. 1비트에서 다중 비트까지 다양한 연산을 지원한다. 문자열, 32비트 숫자, 64비트 숫자로 변환도 지원한다.

2.7.3. <deque>

• class std::deque: 앞/끝 모두에서 O(1)로 삽입/삭제가 가능하지만 std::vector와는 달리 메모리 상에서 연속적인 공간으로 할당되지는 않는다.

2.7.4. <list>

• class std::list: 양방향 연결 리스트 클래스. 임의 위치 참조 불가, 검색 O(n), 대신 위치를 알고 있는 경우 어느 위치에서나 삽입/삭제 O(1). 이러한 특성상 한 개씩 스캐닝하면서 빈번히 삽입/삭제를 해야 하는 경우에 유용하다.

2.7.5. <set>

• class std::set, std::multiset: 정렬이 가능한 객체들을 담기 위한 container로 삽입 시점부터 정렬된 상태로 저장된다. 구현은 대개의 경우(사용가능한 범위 내에서는 전부라고 해도 무방할 정도로) red-black tree를 이용한다. 삽입/검색/삭제 O(log n). std::set의 경우는 정렬 시 사용되는 값이 유일해야 하며, std::multiset의 경우는 그렇지 않고, 같은 값인 경우 삽입된 순서가 유지된다.

2.7.6. <map>

• class std::map, std::multimap: std::set과 거의 비슷하나 그냥 객체만 저장하는 것이 아니라 정렬이 가능한 key와 그 key가 가리키는 객체의 pair로 저장된다. std::map은 key가 유일해야 하며, std::multimap의 경우는 그렇지 않고, 같은 경우 삽입된 순서가 유지된다.

2.7.7. <array>

• class std::array: 크기가 고정된 정적 배열을 추상화한 클래스.

2.7.8. <forward_list>

• class std::forward_list: 전방위 단방향 연결 리스트 클래스.

2.7.9. <unordered_set>

• class std::unordered_set, std::unordered_multiset: std::set, std::multiset과 같은 동작을 하지만 red-black tree 대신 hash로 구현된다. 그래서 삽입된 값이 정렬되지 않으며 시간복잡도도 hash의 특성을 따른다. 삽입/검색/삭제는 평균적으로 O(1), 최악의 경우 O(n).

2.7.10. <unordered_map>

• class std::unordered_map, std::unordered_multimap: std::set, std::multiset, std::map, std::multimap과 같은 동작을 하지만 red-black tree 대신 hash로 구현된다. 그래서 삽입된 값이 정렬되지 않으며 시간복잡도도 hash의 특성을 따른다. 삽입/검색/삭제는 평균적으로 O(1), 최악의 경우 O(n).경우 O(n).

2.7.11. 컨테이너 어댑터

2.7.11.1. <stack>

• class std::stack: 위의 컨테이너들을 이용하여 구현된 스택 클래스

2.7.11.2. <queue>

• class std::queue: 위의 컨테이너들을 이용하여 구현된 큐 클래스.
• class std::priority_queue: 위의 컨테이너들을 이용하여 구현된 우선순위 큐 클래스.

2.7.11.3. <flat_set>

• class std::flat_set

2.7.11.4. <flat_map>

• class std::flat_map

2.7.12. 순회자

• forward_iterator
• reverse_iterator
• insert_iterator
• input_iterator_tag
• output_iterator_tag
• bidirectional_iterator
• random_iterator

2.8. 알고리즘

2.8.1. <algorithm>

• for_each()
• transform()
• generate()
• find()
• binary_search()
• stable_sort()
• sort()

2.8.2. <numeric>

2.8.3. <execution>

• # 병렬 실행 정책.
• # 실행 정책 꼬리표 클래스.

2.9. 범위

2.9.1. <span>

• class std::span: 연속된 메모리 공간을 참조하는 읽기 전용 클래스.

2.9.2. <ranges>

2.9.3. <mdspan>

• class std::mdspan: 모든 유형의 메모리 공간을 다차원 방식으로 접근하는 읽기 전용 클래스.

2.10. 입/출력

2.10.1. <iostream>

2.10.2. <iomanip>

2.10.3. <strstream>

2.10.4. <sstream>

2.10.5. <fstream>

2.10.6. <syncstream>

2.10.7. <print>

• std::print(), std::println()

2.11. 유틸리티

2.11.1. <utility>

2.11.2. <functional>

2.11.3. <initializer_list>

2.11.4. <compare>

• class std::weak_order, std::strong_order, std::partial_order
• std::compare_three_way()

2.11.5. 컨테이너

2.11.5.1. <tuple>

• class std::tuple
• class std::tuple_type, std::tuple_type_t
• class std::tuple_size, std::tuple_type_v
• std::make_tuple(), std::tie(), std::forward_as_tuple()

2.11.5.2. <variant>

• class std::variant
• class std::monostate

2.11.5.3. <any>

• class std::any

2.11.5.4. <optional>

• class std::optional
• class std::nullopt_t, std::nullopt

2.11.6. <random>

2.11.7. <chrono>

• 시간 ^C++11
• 달력, 시간대 ^C++20

2.11.8. <locale>

2.11.9. <filesystem>

2.12. 저수준 메모리 제어

2.12.1. <new>

2.12.2. <memory>

2.12.3. <scoped_allocator>

2.12.4. <memory_resource>

2.13. 병렬성

2.13.1. 스레드

2.13.1.1. <thread>

2.13.1.2. <jthread>

2.13.1.3. <stop_token>

• class std::stop_token
• class std::stop_source
• class std::stop_callback

2.13.2. 상호 배제

2.13.2.1. <mutex>

• class std::mutex
• class std:timed_mutex: 일정 시간 동안만, 또는 특정 시각까지 잠기거나 잠금을 풀 수 있는 락 클래스.
• class std::recursive_mutex: 중복되어 잠길 수 있는 락 클래스. 실제로 완전히 잠금이 풀리려면 잠겼던 횟수만큼 다시 잠금을 풀어야 한다.

2.13.2.2. <condition_variable>

• class std::condition_variable: std::unique_lock<std::mutex>을 받아 락의 소유권을 배타적으로 점유해놨다가 동시성 실행 점유권을 다른 스레드로 넘길 수 있는 클래스.
• class std::condition_variable_any: std::unique_lock<std::mutex> 말고도 다른 종류의 락을 사용할 수 있는 동시성 제어 클래스.

2.13.2.3. <shared_mutex>

• class std::shared_mutex: 유일한 쓰기 접근과 다수의 읽기 접근이 가능한 락 클래스. 쓰는 작업에만 std::mutex처럼 상호배제 전략을 사용한다. 읽기의 경우 제한이 없으며 모든 읽기/쓰기가 끝날 때 까지 락 인스턴스의 소멸을 막는 역할을 한다.

2.13.2.4. <barrier>

• class std::barrier

2.13.2.5. <latch>

• class std::latch

2.13.3. 메모리

2.13.3.1. <atomic>

• class std::atomic
• class std::atomic_ref^C++20

2.13.3.2. <rcu>

2.13.3.3. <hazard_pointer>

2.13.4. 비동기 실행

2.13.4.1. <future>

2.13.4.2. <coroutine>

2.13.4.3. <generator>

3. 여담

4. 구현체

• SGI STL - Alexander Stepanov의 구현체를 기반으로 하는 구현체로, 이름 그대로 실리콘 그래픽스사에서 개발하였다. 다른 많은 구현체들이 이 버전을 기반으로 하고 있을 정도로 가장 잘 알려진 구현체라고 할 수 있다. 개발이 중단된 지 오래되었다.
• Dinkumware STL - Visual Studio에서 이를 기반으로 개량해서 사용했는데 성능에서 안 좋은 얘기를 많이 들었다.
• STLPort - SGI의 구현체를 기반으로 하고 있는 구현체. 과거에 괜찮은 속도로 Visual Studio에서 STLPort를 가져다가 사용하는 경우도 잦았으나 지금은 업데이트가 되지 않고 있다.
• EASTL - EA SPORTS에서 구현한 STL로, 게임 회사들은 이처럼 퍼포먼스 극대화를 위해 자체적으로 STL을 개발하여 쓰기도 한다.
• TSTL - TypeScript에 포팅된 STL 구현체. 이례적으로 C++가 아닌 다른 언어에 구현된 STL.

5. 외부 링크

• 레퍼런스 사이트 - cplusplus.com
• 래퍼런스 사이트 - cppreference.com