C++ Technical Report 1

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C++ Technical Report 1（TR1）是ISO/IEC TR 19768, C++ Library Extensions（函式庫擴充）的一般名稱。TR1是一份文件，內容提出了對C++標準函式庫的追加項目。這些追加項目包括了正则表达式、智能指针、哈希表、随机数生成器等。TR1自己並非標準，它是一份草稿文件。然而它所提出的項目大多数已成為的C++11及之后版本的官方標準的一部分。這份文件的目標在於「為擴充的C++標準函式庫建立更為廣泛的現成實作品」。

概要[编辑]

編譯器並不需要保證包含TR1的組件，因為TR1并非官方标准的一部分。順帶一提，Boost提供了TR1大部分的實作，數個編譯器／函式庫開發商也已提供了各自的實作版本。

TR1並不代表下一屆標準的全部；舉例而言，下一屆的標準C++11包含了线程的支援。

新的組件被放置在std::tr1的命名空間（namespace）裡，以和現在的標準函式庫做區別。

TR1的內容[编辑]

TR1包含以下組件：

一般用途[编辑]

引用包装器（Reference Wrapper）
  • 來自Boost.Ref [1]
  • 在<functional> 头文件中增加了 - cref、ref、reference_wrapper
  • 可以对算法（algorithms）或仿函数（function objects）传递引用（references），而不是传递副本。

一個wrapper reference是由模板类reference_wrapper產生的實體（instance）獲得。wrapper reference近似於C++語言中的引用。

使用ref以獲得任何实例的wrapper reference（對常数引用const &使用cref）。

wrapper reference對模板函数(template function)尤其有用，當模板参数推導不出引用的時候（範例如下：） 

void f( int &r ) { r++; }

template< class Funct, class Arg >
void g( Funct f, Arg t )
{
  f(t);
}

int main()
{
  int i = 0;
  g( f, i );          // 'g< void(int &r), int >' 被实例化
  cout << i << endl;  // 輸出：0

  g( f, ref(i) );     // 'g< void(int &r), reference_wrapper<int> >' 被实例化
  cout << i << endl;  // 輸出：1
}
智能指针（Smart Pointers）
主条目：智能指针

仿函数[编辑]

以下四個模組被加進<functional>標頭檔之中：

多形態的函式包裝器（Polymorphic Function Wrapper）
  • function
  • 基於Boost.Function[3]
  • 儲存任何使用特定函式簽名的"可呼叫物"（函数指针、成員函式指针、仿函数），不需要可呼叫物確切的型別。
仿函数綁定器（Function Object Binders）
  • bind
  • 採納自Boost Bind library[4]
  • 標準std::bind1st和std::bind2nd的通用版
  • 將參數綁定給仿函数，並且允許函式的結合。
函式返回型別
  • result_of
  • 採納自Boost
  • 決定函式呼叫的返回型別
成員函式
  • mem_fn
  • 採納自Boost Mem Fn library[5]
  • 標準std::mem_fun和std::mem_fun_ref的加強版
  • 允許成員函式指针能夠像仿函数一樣

元編程和型別特性（Type Traits）[编辑]

  • 新的<type_traits>头文件 - is_pod、has_virtual_destructor、remove_extent等
  • 採納自Boost Type Traits library[6]
  • 允許类编查询以及类别間的轉換，可促進元編程

數值工具[编辑]

随机数產生器[编辑]

  • 新的<random>头文件 - variate_generator、mersenne_twister、poisson_distribution等
  • 採納自Boost Random Number Library[7]

數學函式[编辑]

  • 新的<cmath>/<math.h>头文件 - beta、legendre等
  • 23種數學函式
函数名 函数原型 数学表达式
连带拉盖尔多项式 double assoc_laguerre( unsigned n, unsigned m, double x ) ; <math>{L_n}^m(x) = (-1)^m \frac{d^m}{dx^m} L_{n+m}(x), \text{ for } x \ge 0</math>
连带勒让德多项式 double assoc_legendre( unsigned l, unsigned m, double x ) ; <math>{P_l}^m(x) = (1-x^2)^{m/2} \frac{d^m}{dx^m} P_l(x), \text{ for } x \ge 0</math>
Beta 函数 double beta( double x, double y ) ; <math>\Beta(x,y)=\frac{\Gamma(x) \Gamma(y)}{\Gamma(x+y)}</math>
第一类完全椭圆积分 double comp_ellint_1( double k ) ; <math>K(k) = F\left(k, \textstyle \frac{\pi}{2}\right) = \int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{d\theta}{\sqrt{1 - k^2 \sin^2 \theta}}</math>
第二类完全椭圆积分 double comp_ellint_2( double k ) ; <math>E\left(k, \textstyle \frac{\pi}{2}\right) = \int_0^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{1 - k^2 \sin^2 \theta}\; d\theta</math>
第三类完全椭圆积分 double comp_ellint_3( double k , double nu ) ; <math>\Pi\left(\nu, k, \textstyle \frac{\pi}{2}\right) = \int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{d\theta}{(1 - \nu \sin^2 \theta)\sqrt{1 - k^2 \sin^2 \theta}}</math>
合流超几何函数 double conf_hyperg( double a, double c, double x ) ; <math>F(a, c, x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)} \sum_{n = 0}^\infty \frac{\Gamma(a + n) x^n}{\Gamma(c + n) n!}</math>
第一类变形贝塞尔函数 double cyl_bessel_i( double nu, double x ) ; <math>I_\nu(x) = i^{-\nu} J_\nu(ix) = \sum_{k = 0}^\infty \frac{(x/2)^{\nu + 2k}}{k! \; \Gamma(\nu + k + 1)}, \text{ for } x \ge 0</math>
第二类变形贝塞尔函数 double cyl_bessel_j( double nu, double x ) ; <math>J_\nu(x) = \sum_{k = 0}^\infty \frac{(-1)^k \; (x/2)^{\nu + 2k}}{k! \; \Gamma(\nu + k + 1)}, \text{ for } x \ge 0</math>
第三类变形贝塞尔函数 double cyl_bessel_k( double nu, double x ) ; <math>\begin{align}

K_\nu(x) & = \textstyle\frac{\pi}{2} i^{\nu+1} \big(J_\nu(ix) + i N_\nu(ix)\big) \\ 

        & = \begin{cases}
                \displaystyle \frac{I_{-\nu}(x) - I_\nu(x)}{\sin \nu\pi}, & \text{for } x \ge 0 \text{ and } \nu \notin \mathbb{Z} \\[10pt]
                \displaystyle \frac{\pi}{2} \lim_{\mu \to \nu} \frac{I_{-\mu}(x) - I_\mu(x)}{\sin \mu\pi}, & \text{for } x < 0 \text{ and } \nu \in \mathbb{Z} \\
            \end{cases}

\end{align}</math>

柱诺依曼函数

第二类柱贝塞尔函数

double cyl_neumann( double nu, double x ) ; <math>

N_\nu(x) = \begin{cases} 

                \displaystyle \frac{J_\nu(x)\cos \nu\pi - J_{-\nu}(x)}{\sin \nu\pi}, & \text{for } x \ge 0 \text{ and } \nu \notin \mathbb{Z} \\[10pt]
                \displaystyle \lim_{\mu \to \nu} \frac{J_\mu(x)\cos \mu\pi - J_{-\mu}(x)}{\sin \mu\pi}, & \text{for } x < 0 \text{ and } \nu \in \mathbb{Z} \\
            \end{cases}

</math>

第一类不完全椭圆积分 double ellint_1( double k, double phi ) ; k\right| \le 1</math>
第二类不完全椭圆积分 double ellint_2( double k, double phi ) ; k\right| \le 1</math>
第三类不完全椭圆积分 double ellint_3( double k, double nu, double phi ) ; k\right| \le 1</math>
指数积分 double expint( double x ) ; <math> \mbox{E}i(x)=-\int_{-x}^{\infty} \frac{e^{-t}}{t}\, dt</math>
埃爾米特多項式 double hermite( unsigned n, double x ) ; <math>H_n(x)=(-1)^n e^{x^2}\frac{d^n}{dx^n}e^{-x^2}\,\!</math>
超几何级数 double hyperg( double a, double b, double c, double x ) ; <math>F(a,b,c,x)=\frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}\sum_{n = 0}^\infty\frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}\frac{x^n}{n!}</math>
拉盖尔多项式 double laguerre( unsigned n, double x ) ; <math>L_n(x)=\frac{e^x}{n!}\frac{d^n}{dx^n}\left(x^n e^{-x}\right), \text{ for } x \ge 0</math>
勒让德多项式 double legendre( unsigned l, double x ) ; x\right| \le 1 </math>
黎曼zeta函数 double riemann_zeta( double x ) ; <math>

\Zeta(x) = 

         \begin{cases}
                \displaystyle \sum_{k = 1}^\infty k^{-x}, & \text{for } x > 1 \\[10pt]
                \displaystyle 2^x\pi^{x-1}\sin\left(\frac{x\pi}{2}\right)\Gamma(1-x)\zeta(1-x), & \text{for } x < 1 \\
            \end{cases}

</math>

第一类球贝塞尔函数 double sph_bessel( unsigned n, double x ) ; <math>j_n(x) = \sqrt{\frac{\pi}{2x}} J_{n+1/2}(x), \text{ for } x \ge 0</math>
球谐函数 double sph_legendre( unsigned l, unsigned m, double theta ) ; m| \leq l</math>
球诺依曼函数

第二类球贝塞尔函数

double sph_neumann( unsigned n, double x ) ; <math>n_n(x) = \left(\frac{\pi}{2x}\right)^{\frac{1}{2}}N_{n+\frac{1}{2}}(x), \text{ for } x \ge 0</math>

容器[编辑]

多元組型別（Tuple Types）[编辑]

  • 新<tuple>標頭檔 - tuple
  • 採納自Boost Tuple library[8]
  • 標準std::pair的擴充
  • 固定尺寸的元素集合，元素可以是不同的类型

定量陣列（Fixed Size Array）[编辑]

  • 新<array>標頭檔 - array
  • 來自Boost Array library[9]
  • 与動態陣列型別，像是標準的std::vector相反，是静态的矩阵，但是能够享受类似于begin()等与std::vector相似的接口。

哈希表（Hash Tables）[编辑]

  • 新<unordered_set>、<unordered_map>標頭檔
  • 完全是新的實作，不衍生自既有之程式庫。與既有之程式庫API並不完全相容
  • 就如同所有的哈希表提供常數時間的元素查找，但最壞情況查找時間與容器的大小呈線性關係。

正規表示式[编辑]

  • 新<regex>標頭檔 - regex、regex_match、 regex_search、regex_replace等
  • 来自Boost RegEx library[10]
  • pattern matching library

C的兼容性[编辑]

C++被設計成與C語言兼容，但由於不同的標準，C++並不是C的嚴格超集合。TR1試圖調和這些差異，透過對各種標頭檔，如<complex>、<locale>、<cmath>等進行擴充。 這些改變幫助C++能夠與C99版本的C標準更為一致（並非所有C99都包含於TR1）。

關聯項目[编辑]

参考文献[编辑]

腳註[编辑]

  1. ↑ ref - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-04-03）. 
  2. ↑ Boost.SmartPtr: The Smart Pointer Library - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-04-03）. 
  3. ↑ Chapter 16. Boost.Function - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-04-03）. 
  4. ↑ Chapter 1. Boost.Bind - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-04-03）. 
  5. ↑ Chapter 1. Boost.Member Function - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-04-03）. 
  6. ↑ Chapter 1. Boost.TypeTraits - 1.37.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-07-15）. 
  7. ↑ [1]（页面存档备份，存于互联网档案馆）
  8. ↑ The Boost Tuple Library – Boost 1.48.0. [2006-05-27]. （原始内容存档于2006-05-26）. 
  9. ↑ Chapter 5. Boost.Array - 1.72.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-07-01）. 
  10. ↑ Boost.Regex - 1.36.0. www.boost.org. [2022-07-01]. （原始内容存档于2022-07-11）. 

其他[编辑]

外部連結[编辑]

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