“TR1的大小差不多是C++标准库的2倍。它加入了很多新的功能，甚至是全新类型的库部件。譬如说，在某些TR1类中，有些内嵌类型的存在与否可能会依赖于其模板参数。对于那些仅对C++标准库有经验的程序员来说，这是奇怪而陌生的。本书非常完整（它覆盖了所有的TR1功能），它不仅比TR1本身更容易理解，而且在技术上也是正确的。”
——Matthew Austern，Google软件工程师
“TR1可以帮助C++程序员变得比过去更为多产。Pete Becker编写的这本书是对这些组件的终极参考手册：它们是什么、它们是怎么工作的以及它们可以用在哪里。对于那些想要使用这些标准化组件来提高他们的生产率和代码质量的人来说，应该把这本书放在其书架上。”
——John Maddock，顾问/程序员
当前的C++标准库使用常用的类和函数对C++语言核心进行扩展。在最近几年里，为了解决C++标准库的局限，我们开发了一系列组件来对C++语言进行更进一步的扩展。这些扩展编入一个全面的技术报告中（TR1），并且其中的大部分已经被C++标准的下一个版本通过了。
本书中，Pete Becker不仅对TR1库中的每一个组件都进行了详细的描写，还解释了基本工具、模板、调用包装器、类型特性、数值、正则表达式以及C语言兼容方面的新功能。通过自己在实现这些组件中所积累的经验，Pete Becker不仅阐明了它们的价值并在需要时对标准加以澄清，还提供了通过测试的完整代码。
本书大部分章节都包含了不同难度的练习来帮助程序员得到这些新组件的实践经验。这些练习的答案以及所有的代码示例都可以在网上找到。附录中不仅为TR1库所包含或扩展的头文件提供了摘要，还介绍了应该怎样在多线程应用程序中安全地使用这些组件。
无
不少程序员都曾为C++标准库的某些限制感到灰心丧气，本书就是为这些人而写的。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）于2006年通过了第一份C++库技术报告（Technical Report，TR）。对于由这份报告所描述的库来说，本书同时起到了简介和参考手册的作用。本书所讨论的库（我称之为TR1库）并不是C++标准的一部分。TR1只不过是一份“信息性文档”，但是我们可以预期TR1库将会随着某些编译器一起发布，或是由各个库生产商以附加库的形式提供。我们也可以预期这个库中的很多部分都会被加入到下一个C++标准的标准库中。
TR1库对C++标准库进行的扩展主要表现为在下列领域中所加入的新功能：
·基本工具（utility）：使用引用计数的智能指针；类模板tuple，它是std::pair类模板的一般化实现，可以对不同个数的参数进行处理。
容器：使用散列表实现的set和map；固定大小的数组实现array。
调用包装器（call wrapper）：一系列更为强大和灵活的模板。可以使用这些模板对函数、成员函数以及其他函数对象进行包装，从而使我们能够更方便地把它们作为参数传递给算法。
类型特性（type trait）：一系列可以提取类型属性或是在编译时修改类型的模板，它们有助于对模板元编程进行简化。
数值（numeric）：各种各样的随机数生成器；高等数学特殊函数；数值功能（与C语言在1999年所加入的相类似）。
正则表达式（regular expression）：一系列类和函数，可以用它们来描述和查找文本中的模式。
C语言兼容：一系列类型、函数和宏（与C语言在1995年和1999年所加入的相类似）。
TR1库的正式工作始于2001年。当时，C++标准委员会（C++ Standards Committee）通过其库工作组（Library Working Group）征求提案。最后纳入库中的大多数提案都是由Boost组织的成员提出的。一部分标准委员会的成员一直在试图寻找一种不受标准化过程约束的方式来为C++开发新库，他们在1998年建立了Boost组织。在正规过程外部进行工作会更为灵活，因而Boost库的各个部分能够以更为迅速而独立的进度进行开发，而这在标准委员会内部是不可能的。Boost是一个稳步发展的组织，其所提供的库中还有很多有用的功能尚未包含在TR1库中。
标准委员会每年举行两次会议。在2001年～2005年间，库工作组不仅把他们在这些会议上的绝大多数时间都花在和TR1库相关的工作上，还在不召开会议时使用E-mail进行了大量的联系。在这段时间里，库工作组对收到的提案在以下方面进行了改进：尽可能地加以简化；对提案进行重写使得它们不仅更为明晰，还能符合ISO标准所需要的正规形式；统一库中各个部分的表达方式。
到了2002年末，我所工作的公司Dinkumware, Ltd.开始实现TR1库。Dinkumware销售C、C++和Java的标准库，因此实现TR1库对于我们来说是很自然的举动。我们的工作也对技术报告的改进有所帮助，因为我们发现一些部分的描述不够清晰或是过于详细，有时甚至被遗漏了。Dinkumware已经完整地实现了TR1库，在本书的所有例子里，我都会使用这一实现。
关于本书
本书分为七个部分，每个部分都会对某个特定领域中的新功能进行详细的讨论。它们都会先对所包含的功能进行简要的介绍。这通常会包含一些关于其历史的简短讨论，有时还会为TR1库为什么没有包含某些明显的功能给出理由。
每个部分都会有一个头文件摘要，正是这些头文件定义了这个部分中所讨论的功能。头文件摘要通常并不是可编译的代码，它只是为这个头文件所定义的组件提供了一个概览，列出了这个头文件中定义的所有模板、类、非成员函数、对象、常量等。随后我们会对它们进行更为详细的定义。然而，即使是后者通常也不是可编译的代码。很多细节都是实现相关的，在这些细节上花费太多精力并不会为我们带来任何收获。
所有摘要都使用灰色表示。我们在大部分摘要后面附上了C++标准的正式要求。这些正式要求将使用缩进方式表示。我们不会在那些非正式的讨论上使用缩进。譬如：
这段文本给出了类C的正式要求。通常这不仅难以理解而且非常技术化。虽然其措辞非常明确，但是往往很难读懂。非正式的文本没有缩进。它提供了一个更容易理解的描述，虽然有时不是很精确。
我们在大部分章节的最后提供了一系列的练习，可以用来回顾章节中所介绍的概念。有些练习很简单，而有些则有意地设计得很难。因此，即使读者无法做出所有的练习也无需担心。
为了避免混淆，我通常使用规范化语言来指定正在讨论的对象。由于讨论的参与者并不知道他们正在讨论的究竟是模板、类还是对象而导致讨论陷入困境是很常见的。譬如，TR1库中有一个名为function的模板，它可以包含函数对象。为了不让读者猜测function这个单词究竟指的是这个模板还是使用这个模板创建的对象，我始终采用“类模板function”、“类模板function的特化”以及“functionT类型的对象”之类的短语。
所有的代码示例都是完整的：只需要合适的编译器和库就可以对它们进行编译。不仅如此，具有main函数的例子还能够连接和运行。我们在Microsoft C/C++编译器7.1版和GNU项目的gcc编译器3.4.3版对这些示例进行了测试。在测试中我们使用了Dinkumware, Ltd.提供的Dinkum TR1库1.0版。读者可以从我的网站下载这些示例的源码。
ISO、符合标准和TR1库
ISO C++标准是C++程序设计语言的规范，它不仅对一个C++程序是否正确进行了定义，还定义了在特定条件下这一程序的行为。TR1库并不是C++标准的一部分，虽然我们几乎可以肯定这个库中的绝大部分都会成为C++标准下一个修订版本（大约在2010年）的一部分。在此之前，符合C++标准的编译器并不需要包含TR1库。
C++标准在对一个程序是否正确以及一个正确的程序意味着什么进行讨论时定义和使用了几个技术术语。库技术报告也使用了同样的术语。程序员经常会混淆这些术语的含义，虽然它们并不很复杂。如果读者对此感兴趣，就请继续读下去吧。
诊断信息是指由于违反了标准所规定的规则而产生的任何编译器输出信息。编译器也可以给出其他信息，但是标准要求编译器在其文档中指出哪些信息是诊断信息。
当C++标准说某些代码会导致未定义行为时，意味着当编译器在编译一个包含这类代码的程序时，标准不对其作出任何要求。不幸的是，具有未定义行为的代码所生成的程序其行为通常都和我们预期的完全一样。这会让调试变得非常困难，因此最好避免写出具有未定义行为的代码。
如果标准中的任意规则并没有说“不要求诊断信息”，并且也不会导致任何未定义行为，它就是一条诊断规则。如果我们的代码违反了一个不需要任何诊断信息的规则，C++标准允许编译器作任何决定；因为我们编写了一个C++标准无法辨别的程序，我们只能自己去承担这一后果了。如果我们的代码违反了一条诊断规则，编译器必须给出至少一条诊断信息。这并不意味着编译器必须报告每一个必须给出诊断信息的错误，也不意味着如果编译器所编译的程序不包含任何必须给出诊断信息的错误，它就不能给出诊断信息。从技术上说，一个在每次编译代码时都给出“发生错误”的编译器符合C++标准。当然，只要能够避免，没有人会使用这样的编译器。
唯一定义规则要求应该相同的定义实际上也必须相同。譬如，如果我们在一个源文件中定义了一个名为data的结构，它包含两个int类型的成员，并且在另一个源文件中也定义了一个名为data的结构，它包含3个double类型的成员，那么我们就违反了唯一定义规则。这类违规行为并不需要给出一个诊断信息。它们会导致非常奇怪的问题。
一个正确的程序就是指一个既没有违反任何诊断规则也没有违反唯一定义规则的程序。而如果一个程序不是正确的，它就是一个错误的程序。
编译器所运行的系统具有有限的存储空间，因此它们会受到资源的限制，这使得编译器不能编译过于复杂的程序。C++标准为这些限制的最小值提出了一些建议，例如，复合语句的最多嵌套层次（256），switch语句中最多的case标签个数（16 384），模板实例化的最多嵌套层次（17）。标准要求编译器在文档中列出任何已知的限制。然而，现在的编译器已经不再使用固定大小的表了，而是在需要时动态地为其内部数据结构分配内存；这意味着这些限制随着这个程序其他部分功能的改变而改变。这导致我们不能认为一个正确的程序如果能够通过一个编译器的编译，它也能通过另一个编译器的编译，这也包括“同一编译器”的两个不同版本。当我们改变编译器时，我们的程序可能会面对更为有限的资源。
如果一个编译器能够正确地编译不超过其资源限制的正确程序，它就是一个符合C++标准的实现。当然，编译得到的可执行文件在行为上必须与C++标准的要求一致。然而，这并不像看上去那么明确；很多情况下，标准允许从同样的源代码编译出的可执行文件具有不同的行为。
有时C++标准会提到某段代码具有未指定行为。通常，这意味着在这种情况下有不少合理的做法并且C++标准并不要求我们必须遵循它们中的某一个。譬如，计算函数参数的顺序就是未指定的。这意味着对于f(g(),h())这样的代码来说，编译器可以决定是在调用函数h之前调用函数g还是在调用g之前调用h。如果我们的代码假定g会在h之前调用，那么当我们更换编译器或是改变正在使用的编译器的优化设置时，就可能会大吃一惊。
C++标准还指出某些代码具有由实现定义的行为。正如具有未指定行为的代码一样，这时通常也有几个合理的选择，并且标准并没有要求我们必须遵循它们中的某一个。然而，标准要求实现在文档中说明其行为。譬如，基本类型char既可以是signed的也可以是unsigned的，编译器必须在文档中告诉我们究竟是哪一个。
最后，我们应该从标准中的规范文本中获得对语法和语义的要求。脚注中的文本、示例、在“[Note:...-- end note]”之间的文本以及章节的标题都不是规范文本；它们有助于我们阅读C++标准，但是本身并不带有任何要求。例如，如果一个脚注和一段普通文本之间有冲突，那么我们应该以普通文本为准。
致谢
我想感谢库工作组所有成员对TR1库所作的贡献，并向Matt Austern致以特殊的谢意，作为库工作组主席，他不仅让我们能把全部精力都投入到工作中，还为我们之间的（有时会变得非常激烈的）讨论进行仲裁。我也要向那些为TR1库撰写了开创性论文（seminal paper）的人们致以特殊的谢意，他们是Matt Austern（无序容器，unordered containers）、Walter Brown（数学特殊函数）、Greg Colvin（shared_ptr）、Beman Dawes（shared_ptr）、Peter Dimov（reference_wrapper、shared_ptr、mem_fn和bind）、Doug Gregor（reference_wrapper、function和bind）、Jaakko J妑vi（tuple和bind）、John Maddock（类型属性和正则表达式）、Jens Maurer（随机数发生器）、Alisdair Meredith（array）、P.J. Plauger（C语言兼容）和Gary Powell（bind）。
我还想感谢Bjarne Stroustrup，是他发明了这一奇妙的语言并把我引荐给Addison-Wesley出版社。我也要感谢Addison-Wesley出版社中每一位为本书的出版作出贡献的人，他们是Peter Gordon、Kim Boedigheimer、Elizabeth Ryan、Evelyn Pyle、John Fuller、Chanda Leary-Coutu和Marie McKinley。
感谢Doug Gregor、John Maddock、Matt Austern和Marc Paterno审阅了本书的草稿。他们提出的每条建议都非常深刻，对我很有帮助。
感谢P.J. Plauger和Tana Plauger（Dinkumware, Ltd.的经营者），是他们鼓励我并给了我足够的时间编写本书。
最后我想感谢我的妻子Angela Pao，她为我所做的事难以计数，例如不时地提醒我休息一下。
进一步阅读
·ISO/IEC Standard 14882:2003，Programming Languages—C++ [Int03a]。这是C++语言和C++标准库最权威的技术参考资料。
·ISO/IEC Standard 9899:1990，Programming Languages—C [Int90]。这是在我们编写当前C++标准时C语言和C标准库最权威的技术参考资料。C++语言和C++标准库中有很大一部分是对这份文档的引用。
·Amendment 1 to ISO/IEC Standard 9899:1990，Programming Languages—C [Int95]。它为C语言对国际化的支持提供了大量的改进。
·ISO/IEC Standard 9899:1999，Programming Languages C—[Int99]。这是C语言和C标准库最权威的技术参考资料，它同时在语言和标准库这两方面为浮点数学的支持提供了更为严格的定义。TR1库包含了C99对C语言标准库的所有修改。
·The C++ Standard Library [Jos99]。这是一本C++标准库教程和参考手册，不仅内容全面而且通俗易懂。
“TR1的大小差不多是C++标准库的2倍。它加入了很多新的功能，甚至是全新类型的库部件。譬如说，在某些TR1类中，有些内嵌类型的存在与否可能会依赖于其模板参数。对于那些仅对C++标准库有经验的程序员来说，这是奇怪而陌生的。本书非常完整（它覆盖了所有的TR1功能），它不仅比TR1本身更容易理解，而且在技术上也是正确的。” ——Matthew Austern，Google软件工程师 “TR1可以帮助C++程序员变得比过去更为多产。Pete Becker编写的这本书是对这些组件的终极参考手册：它们是什么、它们是怎么工作的以及它们可以用在哪里。对于那些想要使用这些标准化组件来提高他们的生产率和代码质量的人来说，应该把这本书放在其书架上。” ——John Maddock，顾问/程序员 当前的C++标准库使用常用的类和函数对C++语言核心进行扩展。在最近几年里，为了解决C++标准库的局限，我们开发了一系列组件来对C++语言进行更进一步的扩展。这些扩展编入一个全面的技术报告中（TR1），并且其中的大部分已经被C++标准的下一个版本通过了。 本书中，Pete Becker不仅对TR1库中的每一个组件都进行了详细的描写，还解释了基本工具、模板、调用包装器、类型特性、数值、正则表达式以及C语言兼容方面的新功能。通过自己在实现这些组件中所积累的经验，Pete Becker不仅阐明了它们的价值并在需要时对标准加以澄清，还提供了通过测试的完整代码。 本书大部分章节都包含了不同难度的练习来帮助程序员得到这些新组件的实践经验。这些练习的答案以及所有的代码示例都可以在网上找到。附录中不仅为TR1库所包含或扩展的头文件提供了摘要，还介绍了应该怎样在多线程应用程序中安全地使用这些组件。
Pete Becker：Pete Becker: Pete Becker是一位独立顾问，擅长于库的设计和实现。他曾经在Dinkumware, Ltd.工作，在那里他不仅为TR1库的各个部分编写了技术文档，还参与完成了对它们的实现。Pete Becker从一开始就是ISO C++标准委员会的成员，他现在是C++ 0x的项目编辑。
史晓明：暂无简介
在和C++朝夕共处的10多年中，我对它总是又爱又恨。作为一种语言来说，C++不仅具有极强的表达能力，还能支持多种编程范式，用它来描写自己心中的想法总是那么自然。然而，一旦牵涉到库，那就是另一番局面了。如果所要的功能没有在C++标准库或是（所有）目标编译器附带的类库中提供，那就是一场灾难。就拿几乎每个大型项目都需要的智能指针来说，虽然有那么多的选择，但是其行为、实现和使用方式各不相同，更不用说能否为我们的目标编译器所支持了。因此很多时候，自己编写库是唯一自然的选择。
TR1库是C++通向完善之路上迈出的又一步，它为C++标准库加入了很多新功能。虽然其各个部件早已在各种类库（尤其是boost）中初见雏形，但是被纳入标准的重要意义是不言而喻的。本书是对TR1库的完整介绍，不仅对枯燥的标准文本给出了浅显易懂的解释，还提供了很多示例和练习来帮助我们理解。相信每个严肃的C++程序员都可以像我一样从本书中获益良多。
在本书的翻译过程中，给我帮助最大的莫过于我的好朋友李敏。在近1年的时间里，她逐字逐句地阅读了每一个章节并且提出了很多宝贵的意见，每当在技术和表达上遇到困难时，她也总是我默认的讨论对象。没有她，本书的翻译也就不可能及时完成。在此，我想对她说声谢谢。
我还想感谢本书的原作者Pete Becker和机械工业出版社的陈冀康编辑，是他们让我能有机会接触并翻译这样一本好书。
在翻译本书的过程中，我还得到了很多人的无私帮助，他们是陈恩惠、陈冀康、董平、康飞、陆海根、陆如江、陆如娟、陆如琴、陆如珍、史友良、史宗霖、邵玉玲、王雅梦、谢之易、徐金方、徐云峰、Christopherc Zimmerman和Nick Londey。感谢他们在本书翻译过程中给予我的各种帮助。
最后，我想感谢我父母多年的养育，也感谢他们为我所做的一切！
史晓明
2008年2月22日
译者序
前言
第一部分 基 本 工 具
第1章 元组 1
1.1 头文件tuple的摘要 2
1.2 tuple类模板 2
1.3 像tuple一样对std::pair进行存取 10
1.4 练习 12
第2章 智能指针 16
2.1 定义 16
2.2 关于示例 17
2.3 头文件memory的摘要 18
2.4 shared_ptr类模板 19
2.5 类模板weak_ptr 32
2.6 类模板enable_shared_from_this 41
2.7 bad_weak_ptr类 43
2.8 转换 43
2.9 受控资源的析构 48
2.10 异常 50
2.11 多线程 52
2.12 练习 52
第二部分 容 器
第3章 基础知识 59
3.1 STL部件 59
3.2 容器 63
3.3 进一步阅读 66
3.4 练习 66
第4章 类模板array 68
4.1 类模板array概述 70
4.2 信息获取 73
4.3 访问 73
4.4 修改 75
4.5 迭代 76
4.6 内嵌类型名称 77
4.7 比较 79
4.8 与tuple类似的接口 80
4.9 练习 80
第5章 无序关系容器 82
5.1 对散列表进行标准化 82
5.2 散列表 83
5.3 关系容器和无序容器 85
5.4 对无序容器的要求 85
5.5 头文件unordered_map和unordered_set 90
5.6 类模板hash 91
5.7 无序容器的实例化 93
5.8 构造函数 94
5.9 容器操作 94
5.10 负载因子和重散列 97
5.11 优化 98
5.12 进一步阅读 99
5.13 练习 99
第三部分 调用包装器
第6章 调用包装器基础 101
6.1 术语 101
6.2 对可调用类型的要求 103
6.3 头文件functional的摘要 105
6.4 类模板result_of 106
6.5 与现存的函数对象进行交互 108
6.6 练习 111
第7章 mem_fn函数模板 114
第8章 reference_wrapper类模板 120
8.1 创建 121
8.2 内嵌类型 123
8.3 调用 124
8.4 练习 125
第9章 类模板function 127
9.1 构造一个function对象 128
9.2 访问 130
9.3 修改 130
9.4 比较 132
9.5 内嵌类型 133
9.6 调用 133
9.7 目标对象 134
9.8 练习 135
第10章 函数模板bind 137
10.1 占位符 138
10.2 unspecified bind(...) 139
10.3 对bind进行扩展 146
10.4 练习 146
第四部分 类型特性
第11章 类型特性概述 149
11.1 头文件type_traits 151
11.2 辅助类型 153
11.3 基本类型 154
11.4 复合类型 156
11.5 类型属性 156
11.6 类型关系 162
11.7 类型变换 163
11.8 对齐 165
11.9 进一步阅读 166
11.10 练习 166
第五部分 数 值
第12章 数值函数 169
12.1 关于示例 169
12.2 浮点值的表示 170
12.3 管理浮点环境 173
12.4 无穷大、非规范数、NaN和比较 179
12.5 定义域和值域错误 180
12.6 新的重载规则 180
12.7 基本数学函数 181
12.8 数学特殊函数 194
12.9 复函数 203
12.10 进一步阅读 208
12.11 练习 208
第13章 随机数生成器 213
13.1 随机数引擎 215
13.2 TR1中的引擎模板 218
13.3 TR1库中的random_device类 224
13.4 TR1库中的预定义引擎 225
13.5 随机数分布 226
13.6 离散分布 228
13.7 连续分布 231
13.8 类模板variate_generator 234
13.9 进一步阅读 238
13.10 练习 239
第六部分 正则表达式
第14章 头文件regex 241
第15章 正则表达式语法 245
15.1 正则表达式结构 246
15.2 语法特性 250
15.3 正则表达式细节 250
15.4 关于练习 256
15.5 练习 257
第16章 正则表达式对象 259
16.1 定义 259
16.2 头文件regex的部分摘要 261
16.3 语法选项 261
16.4 basic_regex类模板 265
16.5 预定义的basic_regex类型 272
16.6 错误处理 272
16.7 练习 274
第17章 查找 276
17.1 头文件regex的部分摘要 278
17.2 完整匹配 279
17.3 查找 280
17.4 查找选项 281
17.5 练习 286
第18章 查找结果 289
18.1 头文件regex的部分摘要 290
18.2 sub_match类模板 291
18.3 预定义的sub_match类型 299
18.4 类模板match_results 300
18.5 练习 307
第19章 重复查找 309
19.1 暴力查找 311
19.2 regex_iterator类模板 317
19.3 regex_token_iterator类模板 326
19.4 练习 335
第20章 格式化和文本替换 337
20.1 格式化选项 340
20.2 格式化文本 341
20.3 文本替换 342
20.4 练习 345
第21章 正则表达式的定制 347
21.1 字符特性 348
21.2 locale 348
21.3 字符匹配 348
21.4 归并 349
21.5 字符类别 350
21.6 regex_traits类模板 351
第七部分 C语言兼容
第22章 C语言兼容 353
22.1 整数类型 353
22.2 64位整数类型 354
22.3 固定大小的整数类型 357
22.4 文本转换 362
22.5 格式化说明符 363
22.6 格式化I-O 368
22.7 字符分类 370
22.8 布尔类型 371
22.9 练习 371
附 录
附录A 头文件 373
附录B 辅助头文件 402
附录C 多线程 407
参考文献 410
