C++ Technical Report 1

C++ Technical Report 1（TR1）是ISO/IEC TR 19768, C++ Library Extensions（函式库扩充）的一般名称。TR1是一份文件，内容提出了对C++标准函式库的追加项目。这些追加项目包括了正则表达式、智能指针、哈希表、随机数生成器等。TR1自己并非标准，它是一份草稿文件。然而它所提出的项目大多数已成为的C++11及之后版本的官方标准的一部分。这份文件的目标在于“为扩充的C++标准函式库建立更为广泛的现成实作品”。

概要

编译器并不需要保证包含TR1的组件，因为TR1并非官方标准的一部分。顺带一提，Boost提供了TR1大部分的实作，数个编译器／函式库开发商也已提供了各自的实作版本。

TR1并不代表下一届标准的全部；举例而言，下一届的标准C++11包含了线程的支援。

新的组件被放置在std::tr1的命名空间（namespace）里，以和现在的标准函式库做区别。

TR1的内容

TR1包含以下组件：

一般用途

引用包装器（Reference Wrapper）

• 来自Boost.Ref
• 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。

一个wrapper reference是由模板类reference_wrapper产生的实体（instance）获得。wrapper reference近似于C++语言中的引用。

使用ref以获得任何实例的wrapper reference（对常数引用const &使用cref）。

wrapper reference对模板函数(template function)尤其有用，当模板参数推导不出引用的时候（范例如下：）

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）

• 基于Boost Smart Pointer library
• 由<memory>头文件增加了 - shared_ptr、weak_ptr等
• 将Resource Acquisition Is Initialization(RAII)手法用于内存管理和异常安全性。

仿函数

以下四个模组被加进<functional>标头档之中：

多形态的函式包装器（Polymorphic Function Wrapper）

• function
• 基于Boost.Function
• 储存任何使用特定函式签名的"可呼叫物"（函数指针、成员函式指针、仿函数），不需要可呼叫物确切的型别。

仿函数绑定器（Function Object Binders）

• bind
• 采纳自Boost Bind library
• 标准std::bind1st和std::bind2nd的通用版
• 将参数绑定给仿函数，并且允许函式的结合。

函式返回型别

• result_of
• 采纳自Boost
• 决定函式呼叫的返回型别

成员函式

• mem_fn
• 采纳自Boost Mem Fn library
• 标准std::mem_fun和std::mem_fun_ref的加强版
• 允许成员函式指针能够像仿函数一样

元编程和型别特性（Type Traits）

• 新的<type_traits>头文件 - is_pod、has_virtual_destructor、remove_extent等
• 采纳自Boost Type Traits library
• 允许类编查询以及类别间的转换，可促进元编程

数值工具

随机数产生器

• 新的<random>头文件 - variate_generator、mersenne_twister、poisson_distribution等
• 采纳自Boost Random Number Library

数学函式

• 新的<cmath>/<math.h>头文件 - beta、legendre等

• 23种数学函式

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>
埃尔米特多项式	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

多元组型别（Tuple Types）

• 新<tuple>标头档 - tuple
• 采纳自Boost Tuple library
• 标准std::pair的扩充
• 固定尺寸的元素集合，元素可以是不同的类型

定量阵列（Fixed Size Array）

• 新<array>标头档 - array
• 来自Boost Array library
• 与动态阵列型别，像是标准的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）

• 新<unordered_set>、<unordered_map>标头档
• 完全是新的实作，不衍生自既有之程式库。与既有之程式库API并不完全相容
• 就如同所有的哈希表提供常数时间的元素查找，但最坏情况查找时间与容器的大小呈线性关系。

正规表示式

• 新<regex>标头档 - regex、regex_match、 regex_search、regex_replace等
• 来自Boost RegEx library
• pattern matching library

C的兼容性

C++被设计成与C语言兼容，但由于不同的标准，C++并不是C的严格超集合。TR1试图调和这些差异，透过对各种标头档，如<complex>、<locale>、<cmath>等进行扩充。 这些改变帮助C++能够与C99版本的C标准更为一致（并非所有C99都包含于TR1）。

关联项目

• C++11，C++新标准
• C99，C语言标准
• Boost library，提供大量的C++程式库，数个包含于TR1
• STL标准模板库，现行C++标准程式库的一部分

外部连结

• Scott Meyers' Effective C++: TR1 Information（页面存档备份，存于互联网档案馆） - 包含TR1提案文件的连结，提供了TR1程式库的背景以及理由。