xv6第10版解释(英文)下载

PIPI_333 2018-09-19 03:36:29
本资源是mit的xv6操作系统源代码第十版的PDF说明书,搬运自mit操作系统课程官网。XV6是由麻省理工学院(MIT)为操作系统工程的课程(代号6.828),开发的一个教学目的的操作系统。XV6是在x86处理器上(x即指x86)用ANSI标准C重新实现的Unix第六版(Unix V6,通常直接被称为V6)。
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The C++ Standard Library A Tutorial and Reference (2nd Edition)+cppstdlib-code.zip C++标准库(第二英文.pdf 非扫描+源代码 Prefaceto the SecondEdition xxiii Acknowledgments for the SecondEdition xxiv Prefaceto the FirstEdition xxv Acknowledgments for the FirstEdition xxvi 1 About This Book 1 1.1 Why This Book. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Before ReadingThis Book. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Styleand Structure of the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 How to ReadThis Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.5 Stateof the Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.6 Example Codeand AdditionalInformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.7 Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 Introduction to C++ and the StandardLibrary 7 2.1 Historyof the C++ Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.1 Common Questionsabout the C++11 Standard . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2 Compatibility between C++98 and C++11 . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 Complexity and Big-O Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3 New LanguageFeatures 13 3.1 New C++11 Language Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1.1 Important MinorSyntax Cleanups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1.2 AutomaticType Deductionwith auto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.3 UniformInitialization and Initializer Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1.4 Range-Basedfor Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.5 MoveSemanticsand Rvalue References . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 viii Contents 3.1.6 New String Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.7 Keyword noexcept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.8 Keyword constexpr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.1.9 New Template Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.1.10 Lambdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.1.11 Keyword decltype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.12 New Function Declaration Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.13 Scoped Enumerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.14 New FundamentalData Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2 Old “New” Language Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.1 ExplicitInitialization for FundamentalTypes . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.2.2 Definitionof main() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4 GeneralConcepts 39 4.1 Namespace std . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Header Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.3 Errorand ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3.1 Standard ExceptionClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3.2 Members of ExceptionClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.3.3 PassingExceptions with Classexception_ptr . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3.4 Throwing Standard Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.5 Deriving from Standard ExceptionClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.4 CallableObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.5 Concurrencyand Multithreading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.6 Allocators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5 Utilities 59 5.1 Pairs and Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.1.1 Pairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.1.2 Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.1.3 I/O for Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.1.4 Conversions between tuple sandpairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 Smart Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.1 Classshared_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2 Classweak_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.2.3 Misusing Shared Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.4 Shared and WeakPointersin Detail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.2.5 Classunique_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Contents ix 5.2.6 Classunique_ptrin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.2.7 Classauto_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.2.8 FinalWordsonSmart Pointers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.3 Numeric Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.4 Type Traitsand Type Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.4.1 Purposeof Type Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.4.2 Type Traitsin Detail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.4.3 ReferenceWrappers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 5.4.4 Function Type Wrappers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 5.5 Auxiliary Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 5.5.1 Processing the Minimumand Maximum. . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 5.5.2 Swapping Two Va l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 5.5.3 SupplementaryComparison Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.6 Compile-Time FractionalArithmeticwith Classratio . . . . . . . . . . . . . 140 5.7 Clocks and Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.7.1 Overview of the ChronoLibrary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.7.2 Durations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.7.3 Clocks and Timepoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 5.7.4 Date and TimeFunctions byC and POSIX . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 5.7.5 Blocking with Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 5.8 Header Files , ,and . . . . . . . . . . . . . . 161 5.8.1 Definitionsin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.8.2 Definitionsin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.8.3 Definitionsin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 6 The StandardTe m p l a t e Library 165 6.1 STL Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 6.2 Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.2.1 Sequence Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6.2.2 Associative Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.2.3 UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.2.4 Associative Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 6.2.5 OtherContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6.2.6 Container Adapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.3 Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.3.1 Further Examples of UsingAssociative and UnorderedContainers . . . . 193 6.3.2 Iterator Categories. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 x Contents 6.4 Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.4.1 Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.4.2 Handling MultipleRanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 6.5 Iterator Adapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 6.5.1 Insert Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 6.5.2 Stream Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.5.3 ReverseIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 6.5.4 MoveIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 6.6 User-DefinedGenericFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 6.7 ManipulatingAlgorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 6.7.1 “Removing”Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 6.7.2 ManipulatingAssociative and UnorderedContainers . . . . . . . . . . . 221 6.7.3 Algorithms versus MemberFunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 6.8 Functions as AlgorithmArguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6.8.1 UsingFunctions as AlgorithmArguments . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6.8.2 Predicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 6.9 UsingLambdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 6.10 Function Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 6.10.1 Definitionof Function Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 6.10.2 PredefinedFunction Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 6.10.3 Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 6.10.4 Function Objectsand Bindersversus Lambdas . . . . . . . . . . . . . . . 243 6.11 Container Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.11.1 Requirements for Container Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.11.2 Va l u eSemanticsor ReferenceSemantics. . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 6.12 Errors and Exceptions inside the STL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 6.12.1 ErrorHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 6.12.2 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 6.13 Extendingthe STL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 6.13.1 Integrating AdditionalTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 6.13.2 Deriving from STL Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 7 STL Containers 253 7.1 Common Container Abilitiesand Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7.1.1 Container Abilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7.1.2 Container Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7.1.3 Container Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Contents xi 7.2 Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 7.2.1 Abilitiesof Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 7.2.2 ArrayOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 7.2.3 Usingarray s as C-StyleArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 7.2.4 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 7.2.5 TupleInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 7.2.6 Examples of UsingArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 7.3 Ve c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 7.3.1 Abilitiesof Ve c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 7.3.2 Ve c t o r Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 7.3.3 UsingVe c t o r sas C-StyleArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 7.3.4 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 7.3.5 Examples of UsingVe c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 7.3.6 Classvector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 7.4 Deques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 7.4.1 Abilitiesof Deques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 7.4.2 Deque Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 7.4.3 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 7.4.4 Examples of UsingDeques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 7.5 Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 7.5.1 Abilitiesof Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 7.5.2 List Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 7.5.3 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 7.5.4 Examples of UsingLists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 7.6 Forward Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 7.6.1 Abilitiesof Forward Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 7.6.2 Forward List Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 7.6.3 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 7.6.4 Examples of UsingForward Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 7.7 Sets and Multisets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 7.7.1 Abilitiesof Sets and Multisets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 7.7.2 Setand MultisetOperations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 7.7.3 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 7.7.4 Examples of UsingSets and Multisets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 7.7.5 Example of Specifying the Sorting Criterion at Runtime . . . . . . . . . . 328 xii Contents 7.8 Mapsand Multimaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 7.8.1 Abilitiesof Mapsand Multimaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 7.8.2 Map and Multimap Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 7.8.3 UsingMapsas Associative Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 7.8.4 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 7.8.5 Examples of UsingMapsand Multimaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 7.8.6 Example with Maps,Strings,and Sorting Criterion at Runtime . . . . . . 351 7.9 UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 7.9.1 Abilitiesof UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 7.9.2 Creating and Controlling UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . 359 7.9.3 OtherOperationsfor UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . 367 7.9.4 The Bucket Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 7.9.5 UsingUnorderedMapsas Associative Arrays . . . . . . . . . . . . . . . 374 7.9.6 ExceptionHandling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 7.9.7 Examples of UsingUnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 7.10 OtherSTL Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 7.10.1 Strings as STL Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 7.10.2 Ordinary C-StyleArrays as STL Containers . . . . . . . . . . . . . . . . 386 7.11 Implementing ReferenceSemantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 7.12 Whento Use WhichContainer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 8 STL ContainerMembersin Detail 397 8.1 Type Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 8.2 Create, Copy,and DestroyOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 8.3 Nonmodifying Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 8.3.1 Size Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 8.3.2 Comparison Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 8.3.3 Nonmodifying Operationsfor Associative and UnorderedContainers . . . 404 8.4 Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 8.5 Direct ElementAccess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 8.6 Operationsto Generate Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 8.7 Inserting and RemovingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 8.7.1 Inserting Single Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 8.7.2 Inserting MultipleElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 8.7.3 RemovingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 8.7.4 Resizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 Contents xiii 8.8 Special MemberFunctions for Lists and Forward Lists . . . . . . . . . . . . . . . 420 8.8.1 Special MemberFunctions for Lists (and Forward Lists) . . . . . . . . . 420 8.8.2 Special MemberFunctions for Forward Lists Only . . . . . . . . . . . . 423 8.9 Container Policy Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 8.9.1 Nonmodifying Policy Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 8.9.2 ModifyingPolicy Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 8.9.3 Bucket Interface for UnorderedContainers . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 8.10 Allocator Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 8.10.1 FundamentalAllocator Members . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430 8.10.2 Constructorswith Optional Allocator Parameters . . . . . . . . . . . . . 430 9 STL Iterators 433 9.1 Header Files for Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 9.2 Iterator Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 9.2.1 Output Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 9.2.2 Input Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 9.2.3 Forward Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 9.2.4 BidirectionalIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 9.2.5 Random-Access Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 9.2.6 The Incrementand DecrementProblem of Ve c t o r Iterators . . . . . . . . 440 9.3 Auxiliary Iterator Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 9.3.1 advance() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 9.3.2 next()and prev(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 9.3.3 distance() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 9.3.4 iter_swap() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 9.4 Iterator Adapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 9.4.1 ReverseIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 9.4.2 Insert Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 9.4.3 Stream Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 9.4.4 MoveIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 9.5 Iterator Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 9.5.1 WritingGenericFunctions for Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 9.6 WritingUser-DefinedIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 xiv Contents 10 STL Function Objectsand UsingLambdas 475 10.1 The Conceptof Function Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 10.1.1 Function Objectsas Sorting Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 10.1.2 Function Objectswith Internal State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 10.1.3 The Return Va l u eof for_each() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 10.1.4 Predicatesversus Function Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 10.2 PredefinedFunction Objectsand Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 10.2.1 PredefinedFunction Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 10.2.2 Function Adapters and Binders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 10.2.3 User-DefinedFunction Objectsfor Function Adapters . . . . . . . . . . . 495 10.2.4 Deprecated Function Adapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 10.3 UsingLambdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 10.3.1 Lambdas versus Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 10.3.2 Lambdas versus StatefulFunction Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . 500 10.3.3 Lambdas Calling Global and MemberFunctions . . . . . . . . . . . . . . 502 10.3.4 Lambdas as HashFunction, Sorting,or Equivalence Criterion . . . . . . . 504 11 STL Algorithms 505 11.1 AlgorithmHeader Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 11.2 AlgorithmOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 11.2.1 A BriefIntroduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 11.2.2 Classification of Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 11.3 Auxiliary Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517 11.4 The for_each()Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519 11.5 Nonmodifying Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 11.5.1 Counting Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 11.5.2 Minimumand Maximum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 11.5.3 SearchingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528 11.5.4 Comparing Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 11.5.5 Predicatesfor Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 11.6 ModifyingAlgorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 11.6.1 Copying Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 11.6.2 MovingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 11.6.3 Transforming and Combining Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 11.6.4 Swapping Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566 11.6.5 AssigningNew Va l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568 11.6.6 ReplacingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571 Contents xv 11.7 RemovingAlgorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575 11.7.1 RemovingCertain Va l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575 11.7.2 RemovingDuplicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578 11.8 Mutating Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 11.8.1 Reversingthe Orderof Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 11.8.2 Rotating Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584 11.8.3 PermutingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587 11.8.4 Shuffling Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589 11.8.5 MovingElements to the Front . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592 11.8.6 Partition into Two Subranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 11.9 Sorting Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 11.9.1 Sorting AllElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 11.9.2 Partial Sorting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 11.9.3 Sorting Accordingto the n th Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602 11.9.4 HeapAlgorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 11.10 Sorted-Range Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 11.10.1SearchingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 11.10.2MergingElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614 11.11 Numeric Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 11.11.1Processing Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 11.11.2Converting Relativeand Absolute Va l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627 12 SpecialContainers 631 12.1 Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632 12.1.1 The Core Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 12.1.2 Example of UsingStacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 12.1.3 A User-DefinedStackClass. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635 12.1.4 Classstack in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637 12.2 Queues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638 12.2.1 The Core Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639 12.2.2 Example of UsingQueues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640 12.2.3 A User-DefinedQueue Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 12.2.4 Classqueue in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 12.3 PriorityQueues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 12.3.1 The Core Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643 12.3.2 Example of UsingPriorityQueues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643 12.3.3 Classpriority_queue in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644 xvi Contents 12.4 Container Adapters in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645 12.4.1 Type Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645 12.4.2 Constructors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646 12.4.3 SupplementaryConstructorsfor PriorityQueues. . . . . . . . . . . . . . 646 12.4.4 Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 12.5 Bitsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650 12.5.1 Examples of UsingBitsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651 12.5.2 Classbitsetin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653 13 Strings 655 13.1 Purposeof the String Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656 13.1.1 A First Example: Extractinga Temporary Filename . . . . . . . . . . . . 656 13.1.2 A Second Example: ExtractingWordsand PrintingThemBackward . . . 660 13.2 Description of the String Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663 13.2.1 String Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663 13.2.2 OperationOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666 13.2.3 Constructorsand Destructor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667 13.2.4 Strings and C-Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668 13.2.5 Size and Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669 13.2.6 ElementAccess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671 13.2.7 Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672 13.2.8 Modifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673 13.2.9 Substringsand String Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676 13.2.10Input/Output Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 13.2.11Searchingand Finding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678 13.2.12The Va l u enpos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680 13.2.13Numeric Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681 13.2.14Iterator Supportfor Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684 13.2.15Internationalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 13.2.16Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692 13.2.17Strings and Ve c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692 13.3 String Classin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693 13.3.1 Type Definitionsand StaticVa l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693 13.3.2 Create, Copy,and DestroyOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694 13.3.3 Operationsfor Size and Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696 13.3.4 Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697 13.3.5 Character Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699 13.3.6 GeneratingC-Strings and Character Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . 700 Contents xvii 13.3.7 ModifyingOperations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700 13.3.8 Searchingand Finding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 13.3.9 Substringsand String Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711 13.3.10Input/Output Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712 13.3.11Numeric Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713 13.3.12GeneratingIterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714 13.3.13Allocator Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715 14 RegularExpressions 717 14.1 The Regex Matchand Search Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717 14.2 Dealingwith Subexpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 720 14.3 Regex Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726 14.4 Regex Token Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 14.5 ReplacingRegularExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730 14.6 Regex Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732 14.7 Regex Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735 14.8 The Regex ECMAScriptGrammar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738 14.9 OtherGrammars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739 14.10 BasicRegex Signaturesin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 740 15 Input/Output UsingStreamClasses 743 15.1 Common Background of I/O Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744 15.1.1 Stream Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744 15.1.2 Stream Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744 15.1.3 Global Stream Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745 15.1.4 Stream Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745 15.1.5 Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746 15.1.6 A Simple Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746 15.2 FundamentalStream Classesand Objects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748 15.2.1 Classes and ClassHierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748 15.2.2 Global Stream Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751 15.2.3 Header Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752 15.3 Standard Stream Operators <> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753 15.3.1 Output Operator <> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754 15.3.3 Input/Output of Special Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755 xviii Contents 15.4 Stateof Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758 15.4.1 Constants for the Stateof Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758 15.4.2 MemberFunctions Accessingthe Stateof Streams. . . . . . . . . . . . . 759 15.4.3 Stream Stateand BooleanConditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 760 15.4.4 Stream Stateand Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762 15.5 Standard Input/Output Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767 15.5.1 MemberFunctions for Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768 15.5.2 MemberFunctions for Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771 15.5.3 Example Uses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772 15.5.4 sentryObjects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772 15.6 Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774 15.6.1 Overview of AllManipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774 15.6.2 How ManipulatorsWork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 776 15.6.3 User-DefinedManipulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777 15.7 Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779 15.7.1 Format Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779 15.7.2 Input/Output Format of BooleanVa l u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781 15.7.3 FieldWidth, Fill Character,and Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . 781 15.7.4 PositiveSign and UppercaseLetters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784 15.7.5 Numeric Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785 15.7.6 Floating-Point Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787 15.7.7 GeneralFormatting Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789 15.8 Internationalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 790 15.9 File Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791 15.9.1 File Stream Classes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791 15.9.2 Rvalue and MoveSemanticsfor File Streams . . . . . . . . . . . . . . . 795 15.9.3 File Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796 15.9.4 RandomAccess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 799 15.9.5 UsingFile Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801 15.10 Stream Classesfor Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802 15.10.1String Stream Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802 15.10.2MoveSemanticsfor String Streams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806 15.10.3char* Stream Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 807 15.11 Input/Output Operators for User-DefinedTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 810 15.11.1Implementing Output Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 810 15.11.2Implementing Input Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812 15.11.3Input/Output UsingAuxiliary Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814 Contents xix 15.11.4User-DefinedFormat Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815 15.11.5Conventionsfor User-DefinedInput/Output Operators . . . . . . . . . . . 818 15.12 Connecting Input and Output Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819 15.12.1Loose Coupling Usingtie() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819 15.12.2TightCoupling UsingStream Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 820 15.12.3Redirecting Standard Streams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822 15.12.4Streamsfor Readingand Writing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824 15.13 The Stream Buffer Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826 15.13.1The Stream Buffer Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826 15.13.2Stream Buffer Iterators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828 15.13.3User-DefinedStream Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832 15.14 PerformanceIssues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844 15.14.1Synchronization with C’sStandard Streams . . . . . . . . . . . . . . . . 845 15.14.2Buffering in Stream Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845 15.14.3UsingStream Buffers Directly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846 16 Internationalization 849 16.1 Character Encodingsand Character Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850 16.1.1 Multibyte and Wide-CharacterText . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850 16.1.2 Different Character Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851 16.1.3 Dealingwith Character Sets in C++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852 16.1.4 Character Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853 16.1.5 Internationalization of Special Characters . . . . . . . . . . . . . . . . . 857 16.2 The Conceptof Locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857 16.2.1 UsingLocales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 858 16.2.2 Locale Facets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864 16.3 Localesin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866 16.4 Facets in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869 16.4.1 Numeric Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870 16.4.2 Monetary Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874 16.4.3 Timeand Date Formatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884 16.4.4 Character Classification and Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 891 16.4.5 String Collation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904 16.4.6 Internationalized Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905 xx Contents 17 Numerics 907 17.1 RandomNumbers and Distributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 907 17.1.1 A First Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908 17.1.2 Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 912 17.1.3 Enginesin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915 17.1.4 Distributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 917 17.1.5 Distributionsin Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921 17.2 Complex Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925 17.2.1 Classcomplex in General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925 17.2.2 Examples UsingClasscomplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 926 17.2.3 Operationsfor Complex Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928 17.2.4 Classcomplex in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935 17.3 Global Numeric Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 941 17.4 Va l a r r a y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943 18 Concurrency 945 18.1 The High-Level Interface: async() and Futures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 946 18.1.1 A First Example Usingasync() and Futures . . . . . . . . . . . . . . . 946 18.1.2 AnExample of Waitingfor Two Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955 18.1.3 Shared Futures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 960 18.2 The Low-Level Interface: Threadsand Promises . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964 18.2.1 Classstd::thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964 18.2.2 Promises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 969 18.2.3 Classpackaged_task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 972 18.3 Startinga Thread in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973 18.3.1 async() in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974 18.3.2 Futuresin Detail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975 18.3.3 Shared Futuresin Detail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976 18.3.4 Classstd::promise in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 977 18.3.5 Classstd::packaged_task in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 977 18.3.6 Classstd::thread in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979 18.3.7 Namespace this_thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 981 18.4 Synchronizing Threads, or the Problem of Concurrency . . . . . . . . . . . . . . 982 18.4.1 Bewareof Concurrency! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982 18.4.2 The Reason for the Problem of Concurrent Data Access . . . . . . . . . . 983 18.4.3 WhatExactlyCan GoWrong (the Extent of the Problem) . . . . . . . . . 983 18.4.4 The Features to Solvethe Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 987 Contents xxi 18.5 Mutexesand Locks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 989 18.5.1 UsingMutexesand Locks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 989 18.5.2 Mutexesand Locks in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 998 18.5.3 Calling Oncefor MultipleThreads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 18.6 ConditionVa r i a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 18.6.1 Purposeof ConditionVa r i a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 18.6.2 A First Complete Example for ConditionVa r i a b l e s . . . . . . . . . . . . 1004 18.6.3 UsingConditionVa r i a b l e s to Implement a Queue for MultipleThreads . . 1006 18.6.4 ConditionVa r i a b l e s in Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1009 18.7 Atomics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012 18.7.1 Example of UsingAtomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012 18.7.2 Atomicsand TheirHigh-Level Interface in Detail . . . . . . . . . . . . . 1016 18.7.3 The C-StyleInterface of Atomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019 18.7.4 The Low-Level Interface of Atomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019 19 Allocators 1023 19.1 UsingAllocatorsas an Application Programmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023 19.2 A User-DefinedAllocator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024 19.3 UsingAllocatorsas a LibraryProgrammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026 Bibliography 1031 Newsgroups and Forums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1031 Books and Web Sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032 Index 1037 This page intentionally left blank
CONTENTS Contents v Preface to the Second Edition xv Preface to the First Edition xvii Acknowledgments for the Second Edition xxi Acknowledgments for the First Edition xxiii 1 Introduction and Preview 1.1 Preview of the Book 2 Entropy, Relative Entropy, and Mutual Information 2.1 Entropy 2.2 Joint Entropy and Conditional Entropy 2.3 Relative Entropy and Mutual Information 2.4 Relationship Between Entropy and Mutual Information 2.5 Chain Rules for Entropy, Relative Entropy,and Mutual Information 2.6 Jensen’s Inequality and Its Consequences 2.7 Log Sum Inequality and Its Applications 2.8 Data-Processing Inequality 2.9 Sufficient Statistics 2.10 Fano’s Inequality Summary Problems Historical Notes v vi CONTENTS 3 Asymptotic Equipartition Property 3.1 Asymptotic Equipartition Property Theorem 3.2 Consequences of the AEP: Data Compression 3.3 High-Probability Sets and the Typical Set Summary Problems Historical Notes 4 Entropy Rates of a Stochastic Process 4.1 Markov Chains 4.2 Entropy Rate 4.3 Example: Entropy Rate of a Random Walk on a Weighted Graph 4.4 Second Law of Thermodynamics 4.5 Functions of Markov Chains Summary Problems Historical Notes 5 Data Compression 5.1 Examples of Codes 5.2 Kraft Inequality 5.3 Optimal Codes 5.4 Bounds on the Optimal Code Length 5.5 Kraft Inequality for Uniquely Decodable Codes 5.6 Huffman Codes 5.7 Some Comments on Huffman Codes 5.8 Optimality of Huffman Codes 5.9 Shannon–Fano–Elias Coding 5.10 Competitive Optimality of the Shannon Code 5.11 Generation of Discrete Distributions from Fair Coins Summary Problems Historical Notes CONTENTS vii 6 Gambling and Data Compression 6.1 The Horse Race 159 6.2 Gambling and Side Information 164 6.3 Dependent Horse Races and Entropy Rate 166 6.4 The Entropy of English 168 6.5 Data Compression and Gambling 171 6.6 Gambling Estimate of the Entropy of English 173 Summary 175 Problems 176 Historical Notes 182 7 Channel Capacity 183 7.1 Examples of Channel Capacity 1
Contents Foreword to the Second Edition xix Preface xxi Preface to the Second Edition xxv Preface to the First Edition xxix Chapter 1. UNIX System Overview 1 1.1 Introduction 1 1.2 UNIX Architecture 1 1.3 Logging In 2 1.4 Files and Directories 4 1.5 Input and Output 8 1.6 Programs and Processes 10 1.7 Error Handling 14 1.8 User Identification 16 1.9 Signals 18 1.10 Time Values 20 1.11 System Calls and Librar y Functions 21 1.12 Summary 23 Chapter 2. UNIX Standardization and Implementations 25 2.1 Introduction 25 ix www.it-ebooks.info x Contents 2.2 UNIX Standardization 25 2.2.1 ISO C 25 2.2.2 IEEE POSIX 26 2.2.3 The Single UNIX Specification 30 2.2.4 FIPS 32 2.3 UNIX System Implementations 33 2.3.1 UNIX System V Release 4 33 2.3.2 4.4BSD 34 2.3.3 FreeBSD 34 2.3.4 Linux 35 2.3.5 Mac OS X 35 2.3.6 Solaris 35 2.3.7 Other UNIX Systems 35 2.4 Relationship of Standards and Implementations 36 2.5 Limits 36 2.5.1 ISO C Limits 37 2.5.2 POSIX Limits 38 2.5.3 XSI Limits 41 2.5.4 sysconf, pathconf, and fpathconf Functions 42 2.5.5 Indeterminate Runtime Limits 49 2.6 Options 53 2.7 Feature Test Macros 57 2.8 Primitive System Data Types 58 2.9 Differences Between Standards 58 2.10 Summary 60 Chapter 3. File I/O 61 3.1 Introduction 61 3.2 File Descr iptors 61 3.3 open and openat Functions 62 3.4 creat Function 66 3.5 close Function 66 3.6 lseek Function 66 3.7 read Function 71 3.8 write Function 72 3.9 I/O Efficiency 72 3.10 File Shar ing 74 3.11 Atomic Operations 77 3.12 dup and dup2 Functions 79 3.13 sync, fsync, and fdatasync Functions 81 3.14 fcntl Function 82 www.it-ebooks.info Contents xi 3.15 ioctl Function 87 3.16 /dev/fd 88 3.17 Summary 90 Chapter 4. Files and Directories 93 4.1 Introduction 93 4.2 stat, fstat, fstatat, and lstat Functions 93 4.3 File Types 95 4.4 Set-User-ID and Set-Group-ID 98 4.5 File Access Per missions 99 4.6 Ownership of New Files and Directories 101 4.7 access and faccessat Functions 102 4.8 umask Function 104 4.9 chmod, fchmod, and fchmodat Functions 106 4.10 Sticky Bit 108 4.11 chown, fchown, fchownat, and lchown Functions 109 4.12 File Size 111 4.13 File Tr uncation 112 4.14 File Systems 113 4.15 link, linkat, unlink, unlinkat, and remove Functions 116 4.16 rename and renameat Functions 119 4.17 Symbolic Links 120 4.18 Creating and Reading Symbolic Links 123 4.19 File Times 124 4.20 futimens, utimensat, and utimes Functions 126 4.21 mkdir, mkdirat, and rmdir Functions 129 4.22 Reading Director ies 130 4.23 chdir, fchdir, and getcwd Functions 135 4.24 Device Special Files 137 4.25 Summary of File Access Per mission Bits 140 4.26 Summary 140 Chapter 5. Standard I/O Library 143 5.1 Introduction 143 5.2 Streams and FILE Objects 143 5.3 Standard Input, Standard Output, and Standard Error 145 5.4 Buffer ing 145 5.5 Opening a Stream 148 www.it-ebooks.info xii Contents 5.6 Reading and Writing a Stream 150 5.7 Line-at-a-Time I/O 152 5.8 Standard I/O Efficiency 153 5.9 Binary I/O 156 5.10 Positioning a Stream 157 5.11 For matted I/O 159 5.12 Implementation Details 164 5.13 Temporar y Files 167 5.14 Memory Streams 171 5.15 Alternatives to Standard I/O 174 5.16 Summary 175 Chapter 6. System Data Files and Information 177 6.1 Introduction 177 6.2 Password File 177 6.3 Shadow Passwords 181 6.4 Group File 182 6.5 Supplementary Group IDs 183 6.6 Implementation Differences 184 6.7 Other Data Files 185 6.8 Login Accounting 186 6.9 System Identification 187 6.10 Time and Date Routines 189 6.11 Summary 196 Chapter 7. Process Environment 197 7.1 Introduction 197 7.2 main Function 197 7.3 Process Termination 198 7.4 Command-Line Arguments 203 7.5 Environment List 203 7.6 Memory Lay out of a C Program 204 7.7 Shared Librar ies 206 7.8 Memory Allocation 207 7.9 Environment Var iables 210 7.10 setjmp and longjmp Functions 213 7.11 getrlimit and setrlimit Functions 220 7.12 Summary 225 Chapter 8. Process Control 227 8.1 Introduction 227 www.it-ebooks.info Contents xiii 8.2 Process Identifiers 227 8.3 fork Function 229 8.4 vfork Function 234 8.5 exit Functions 236 8.6 wait and waitpid Functions 238 8.7 waitid Function 244 8.8 wait3 and wait4 Functions 245 8.9 Race Conditions 245 8.10 exec Functions 249 8.11 Changing User IDs and Group IDs 255 8.12 Interpreter Files 260 8.13 system Function 264 8.14 Process Accounting 269 8.15 User Identification 275 8.16 Process Scheduling 276 8.17 Process Times 280 8.18 Summary 282 Chapter 9. Process Relationships 285 9.1 Introduction 285 9.2 Ter minal Logins 285 9.3 Networ k Logins 290 9.4 Process Groups 293 9.5 Sessions 295 9.6 Controlling Terminal 296 9.7 tcgetpgrp, tcsetpgrp, and tcgetsid Functions 298 9.8 Job Control 299 9.9 Shell Execution of Programs 303 9.10 Orphaned Process Groups 307 9.11 FreeBSD Implementation 310 9.12 Summary 312 Chapter 10. Signals 313 10.1 Introduction 313 10.2 Signal Concepts 313 10.3 signal Function 323 10.4 Unreliable Signals 326 10.5 Interrupted System Calls 327 10.6 Reentrant Functions 330 10.7 SIGCLD Semantics 332 www.it-ebooks.info xiv Contents 10.8 Reliable-Signal Ter minology and Semantics 335 10.9 kill and raise Functions 336 10.10 alarm and pause Functions 338 10.11 Signal Sets 344 10.12 sigprocmask Function 346 10.13 sigpending Function 347 10.14 sigaction Function 349 10.15 sigsetjmp and siglongjmp Functions 355 10.16 sigsuspend Function 359 10.17 abort Function 365 10.18 system Function 367 10.19 sleep, nanosleep, and clock_nanosleep Functions 373 10.20 sigqueue Function 376 10.21 Job-Control Signals 377 10.22 Signal Names and Numbers 379 10.23 Summary 381 Chapter 11. Threads 383 11.1 Introduction 383 11.2 Thread Concepts 383 11.3 Thread Identification 384 11.4 Thread Creation 385 11.5 Thread Termination 388 11.6 Thread Synchronization 397 11.6.1 Mutexes 399 11.6.2 Deadlock Avoidance 402 11.6.3 pthread_mutex_timedlock Function 407 11.6.4 Reader–Writer Locks 409 11.6.5 Reader–Writer Locking with Timeouts 413 11.6.6 Condition Variables 413 11.6.7 Spin Locks 417 11.6.8 Barriers 418 11.7 Summary 422 Chapter 12. Thread Control 425 12.1 Introduction 425 12.2 Thread Limits 425 12.3 Thread Attr ibutes 426 12.4 Synchronization Attr ibutes 430 12.4.1 Mutex Attr ibutes 430 www.it-ebooks.info Contents xv 12.4.2 Reader–Writer Lock Attr ibutes 439 12.4.3 Condition Variable Attributes 440 12.4.4 Barrier Attributes 441 12.5 Reentrancy 442 12.6 Thread-Specific Data 446 12.7 Cancel Options 451 12.8 Threads and Signals 453 12.9 Threads and fork 457 12.10 Threads and I/O 461 12.11 Summary 462 Chapter 13. Daemon Processes 463 13.1 Introduction 463 13.2 Daemon Character istics 463 13.3 Coding Rules 466 13.4 Error Logging 469 13.5 Single-Instance Daemons 473 13.6 Daemon Conventions 474 13.7 Client–Server Model 479 13.8 Summary 480 Chapter 14. Advanced I/O 481 14.1 Introduction 481 14.2 Nonblocking I/O 481 14.3 Record Locking 485 14.4 I/O Multiplexing 500 14.4.1 select and pselect Functions 502 14.4.2 poll Function 506 14.5 Asynchronous I/O 509 14.5.1 System V Asynchronous I/O 510 14.5.2 BSD Asynchronous I/O 510 14.5.3 POSIX Asynchronous I/O 511 14.6 readv and writev Functions 521 14.7 readn and writen Functions 523 14.8 Memory-Mapped I/O 525 14.9 Summary 531 Chapter 15. Interprocess Communication 533 15.1 Introduction 533 15.2 Pipes 534 15.3 popen and pclose Functions 541 www.it-ebooks.info xvi Contents 15.4 Coprocesses 548 15.5 FIFOs 552 15.6 XSI IPC 556 15.6.1 Identifiers and Keys 556 15.6.2 Per mission Str ucture 558 15.6.3 Configuration Limits 559 15.6.4 Advantages and Disadvantages 559 15.7 Message Queues 561 15.8 Semaphores 565 15.9 Shared Memor y 571 15.10 POSIX Semaphores 579 15.11 Client–Server Proper ties 585 15.12 Summary 587 Chapter 16. Network IPC: Sockets 589 16.1 Introduction 589 16.2 Socket Descr iptors 590 16.3 Addressing 593 16.3.1 Byte Order ing 593 16.3.2 Address Formats 595 16.3.3 Address Lookup 597 16.3.4 Associating Addresses with Sockets 604 16.4 Connection Establishment 605 16.5 Data Tr ansfer 610 16.6 Socket Options 623 16.7 Out-of-Band Data 626 16.8 Nonblocking and Asynchronous I/O 627 16.9 Summary 628 Chapter 17. Advanced IPC 629 17.1 Introduction 629 17.2 UNIX Domain Sockets 629 17.2.1 Naming UNIX Domain Sockets 634 17.3 Unique Connections 635 17.4 Passing File Descriptors 642 17.5 An Open Server, Version 1 653 17.6 An Open Server, Version 2 659 17.7 Summary 669 Chapter 18. Terminal I/O 671 18.1 Introduction 671 www.it-ebooks.info Contents xvii 18.2 Over view 671 18.3 Special Input Characters 678 18.4 Getting and Setting Ter minal Attr ibutes 683 18.5 Ter minal Option Flags 683 18.6 stty Command 691 18.7 Baud Rate Functions 692 18.8 Line Control Functions 693 18.9 Ter minal Identification 694 18.10 Canonical Mode 700 18.11 Noncanonical Mode 703 18.12 Ter minal Window Size 710 18.13 termcap, terminfo, and curses 712 18.14 Summary 713 Chapter 19. Pseudo Terminals 715 19.1 Introduction 715 19.2 Over view 715 19.3 Opening Pseudo-Ter minal Devices 722 19.4 pty_fork Function 726 19.5 pty Program 729 19.6 Using the pty Program 733 19.7 Advanced Features 740 19.8 Summary 741 Chapter 20. A Database Library 743 20.1 Introduction 743 20.2 History 743 20.3 The Librar y 744 20.4 Implementation Over view 746 20.5 Centralized or Decentralized? 750 20.6 Concurrency 752 20.7 Building the Librar y 753 20.8 Source Code 753 20.9 Perfor mance 781 20.10 Summary 786 Chapter 21. Communicating with a Network Printer 789 21.1 Introduction 789 21.2 The Inter net Pr inting Protocol 789 21.3 The Hyper text Transfer Protocol 792 21.4 Printer Spooling 793 www.it-ebooks.info xviii Contents 21.5 Source Code 795 21.6 Summary 843 Appendix A. Function Prototypes 845 Appendix B. Miscellaneous Source Code 895 B.1 Our Header File 895 B.2 Standard Error Routines 898 Appendix C. Solutions to Selected Exercises 905 Bibliography 947 Index 955

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