C++ 常用头文件

在 C++ 中，标准库提供了丰富的现成类型与函数，它们按功能存放在不同的头文件中。平时写代码时，很多小伙伴常会遇到一个很实际的问题：明明知道要使用哪个工具，却拿不准顶部应该包含哪个头文件。

其实，数量众多的标准库头文件完全不需要死记硬背。下面我们将日常开发最常用的头文件按功能整理成了分类速查表，大家写代码拿不准时随时回来按表查阅即可。

包含头文件的 2 个基本原则

在查阅具体的分类表格之前，我们先明确关于 #include 预处理命令的 2 个基本原则：

• 用到什么，就显式包含什么：有时只写了 #include <iostream> 没写 #include <string>，std::string 碰巧也能编译通过，这是因为部分编译器的头文件内部存在间接包含。但不同编译环境的内部依赖随时可能变化，我们用到了哪个工具，就应该显式包含它对应的头文件。
• 包含头文件不等于省掉 std:: 前缀：比如 #include <vector> 只是把相关声明引入当前源文件，而标准库的名称依然定义在 std 这个独立的命名空间中，我们使用时仍然要写全 std::vector。

下面我们来看一个组合包含多个标准库头文件的例子。

示例：组合包含多个头文件

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {30, 10, 20};    // 来自 <vector>
    std::sort(nums.begin(), nums.end());     // 来自 <algorithm>

    for (int n : nums) {
        std::cout << n << ' ';               // 来自 <iostream>
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

10 20 30

分析：

在这个例子中，#include <algorithm>、#include <iostream> 和 #include <vector> 分别引入了排序函数 std::sort()、输出流 std::cout 以及动态数组 std::vector 所在的头文件。

平时如果我们写对了 std::sort 或 std::vector，编译时却报错提示 'xxx' is not a member of 'std'，意思是在 std 中找不到该名称，多半就是顶部漏写了对应的头文件。养成按需包含并按字母顺序排列头文件的习惯，能让代码的依赖关系一目了然。

输入输出与字符串头文件

控制台输入输出、本地文件读写以及字符串处理是日常编程中出现频率最高的操作，对应的标准库头文件如下表所示。

在这组头文件中，初学的小伙伴最容易搞混的是 <string> 和 <cstring>。在现代 C++ 开发中，处理日常文本优先使用 <string> 提供的 std::string 类，而 <cstring> 则是为了兼容 C 风格字符串准备的工具头文件。

STL 容器、迭代器与算法头文件

STL 容器负责在内存中组织和保存数据，迭代器与算法则负责获取序列范围并执行排序、查找、去重或累加等操作。对应的标准库头文件如下表所示。

在 C++ 中，STL 容器的头文件非常好记，基本都与容器本身同名。比如使用 std::vector 就包含 <vector>，使用 std::map 就包含 <map>。只有优先队列 std::priority_queue 是个例外，它和普通队列一起存放在 <queue> 头文件中。

而在遍历与算法方面，查询原生数组长度的 std::size() 位于 <iterator> 中。像排序、查找这类常用的 STL 算法以及 std::ranges::sort 等范围算法都集中在 <algorithm> 中，只有 std::accumulate()、std::gcd() 等偏数值计算的算法放在 <numeric> 头文件中。

内存管理与实用工具头文件

当我们需要使用智能指针管理动态内存，或者使用键值对、函数包装器以及现代可选值类型时，对应的标准库头文件如下表所示。

在这一组头文件中，小伙伴们最容易找错位置的是 std::pair、std::move() 和 std::swap()。这三个高频工具既不在提供 std::unique_ptr 等智能指针的 <memory> 里，也不在 <algorithm> 里，而是统一存放在 <utility> 通用工具头文件中。

此外，日常表示容器长度或数组下标的 std::size_t 正式定义在 <cstddef> 中，而用来包装普通函数与 Lambda 表达式的 std::function 则位于 <functional> 头文件中。

文件、时间、数学与异常头文件

在涉及目录路径操作、高精度时间测量、常见数学计算、随机数生成以及异常错误处理时，对应的标准库头文件如下表所示。

在使用标准异常时，我们要留意区分两个容易混淆的头文件：顶层基类 std::exception 位于 <exception> 中，而日常直接用来抛出或捕获具体错误的 std::runtime_error、std::out_of_range 等异常类则位于 <stdexcept> 头文件中。

多线程与并发编程头文件

如果我们需要在程序中创建并发线程、执行互斥加锁、条件等待或异步任务，对应的 5 个标准并发头文件如下表所示。

这 5 个头文件都是从 C++11 起正式加入标准库的，我们使用多线程开发并发功能时可以直接跨平台编译。如果在 Linux 系统下使用 g++ 编译包含 <thread> 或 <future> 的代码时遇到链接报错，记得在编译命令中加上 -pthread 参数。