从 C++98 到 C++20，寻觅甜甜的语法糖们

Acc_Robin

2024-01-17 23:38:57

科技·工程

从 C++98 到 C++20，寻觅甜甜的语法糖们

谔谔，谔谔……

于是一时兴起，写了这么一篇博客，记录一些比较平时比较少见的 / 冷门的 / 超前的语法知识，供大家学习参考。

本人水平有限，若有遗漏或错误请大家毫不吝啬地指出，谢谢！

选取 OI 中可能用到的，但比较冷门的语法、函数。
以版本为线进行了梳理（日后有时间将会以其它角度再写一些内容）。
实用至上，尽量少地探究语法背后的本质。
将不断更新，完善。

如果不确定能不能用，请见《关于NOI系列活动中编程语言使用限制的补充说明》

upd on 2024/1/17: for saving

C++ 98

algorithm 库

algorithm 中有大量的函数，这些函数都位于命名空间 std 中。

最常见的有 max/min、swap、sort、unique、lower_bound/upper_bound、reverse。

一些常见且比较重要的函数

find(bg,ed,val)
- 返回指向第一个等于 val 的元素的指针。
- 时间复杂度 O(n)。后文所有序列操作的函数，都以 n 代指 ed-bg。
fill(bg,ed,val)
- 将 [bg,ed) 之间的所有元素赋值为 val。
- 复杂度为 O(n)，常数略大于 memset。
  
  在 val=0/-1/\texttt{0x3f} 时常数与 memset 相同。（存疑）
- 常用于弥补 memset 无法赋值的问题，如赋值一个数组为 1。
copy(bg1,ed1,bg2)
- 将 [bg_1,ed_1) 中的元素复制到 bg_2。
- 复杂度 O(n)。
stable_sort(bg,ed)
- 对 [bg,ed) 进行稳定排序。
- 时间复杂度 O(n\log n)，要 O(n) 的额外空间。
  
  当空间不足时使用 O(n\log^2n) 的双调排序。
nth_element(bg,md,ed)：
- 将 [bg,ed) 中的内容重新分配顺序，小于（等于） md 的元素在 [bg,md)，大于（等于） md 的元素都在 (md,ed)。
- 时间复杂度 O(n)，需要 O(n) 的额外空间。
- 第四个参数为比较函数，若不传则默认 less<>()。
- 常用于线性求序列中的第 k 大，常用于实现替罪羊树。
max_element/min_element(bg,ed)
- 返回指向 [bg,ed) 中最大 / 最小的元素的指针。
- 时间复杂度 O(n)。
- 第三个参数可传入比较函数。
- 求数组最大值就可以直接写：*max_element(a+1,a+n+1)
random_shuffle(bg,ed)
- 打乱 [bg,ed) 中元素的顺序。
- 时间复杂度 O(n)。
- 第三个参数传入一个函数 func(int n)，这个函数的返回值是一个 [1,n] 中的随机整数。
- 在未传入第三参数时，若 ed-bg>\texttt{RAND\_MAX} 那么其随机性将无法保证。
- 在 C++14 中被弃用，在 C++17 中被废除，C++11 之后都应当以 shuffle 替代之。
next_permutation(bg,ed)
- 将 [bg,ed) 更改为下一个排列，并返回 1。
  
  若 [bg,ed) 已经是最后一个排列，那么返回 0。
  
  下一个排列的定义为字典序严格大于当前排列的下一个排列。
- 时间复杂度 O(n)。
- 事实上 [bg,ed) 不一定要是排列，可以存在相同元素。
- 常用于枚举全排列：
```
iota(p,p+n,0);
do{
 //do something   
}while(next_permutation(p,p+n));
```
- prev_permutation(bg,ed) 可以求出上一个排列。

一些比较冷门的函数

merge(bg1,ed1,bg2,ed2,bg3)
- **不能够原地归并**，若要原地归并请使用 `inplace_merge`。
- 时间复杂度 O(ed_1-bg_1+ed_2-bg_2)。
- 可以传入第六参数作为比较函数。
inplace_merge(bg,md,ed)
- 将 [bg,md) 和 [md,ed) 归并排序，并存入 bg。
- 时间复杂度 O(n)，需要 O(n) 的额外空间。
  
  当空间不足时使用 O(n\log n) 的原地排序。
  
  常数较小，可能比手写的还快。
- 可以传入第四个参数作为比较函数。
- 常用于 CDQ 分治等分治算法，非常好用。
count(bg,ed,val)
- 返回 [bg,ed) 中等于 val 的元素的个数。
- 时间复杂度 O(n)。
count_if(bg,ed,func)
- 返回 [bg,ed) 中使得函数 func 返回值为 true 的元素的个数。
- 时间复杂度 O(n\times f)，f 为 func 的复杂度。
- 常用的 func 有：islower/isupper/isdigit 等。
replace(bg,ed,val1,val2)
- 将 [bg,ed) 中所有等于 val_1 的元素替换为 val_2。
- 时间复杂度 O(n)。
for_each(bg,ed,func)
- 对 [bg,ed) 中所有元素执行函数 func。
- 时间复杂度 O(n\times f)。
- 其实没啥用，就是能压行。
transform(bg1,ed1,bg2,bg3,func)
- 对 [bg_1,ed_1) 和 [bg_2,bg_2+ed_1-bg_1) 中的元素依次执行二元函数 func，并将返回值存入 bg_3。
- 时间复杂度 O(n\times f)。

rotate(bg,md,ed)

将 [bg,ed) 循环至 md 处元素位于 bg。
时间复杂度 O(n)

例子：

vector<int>a={1,2,3,4,5};
rotate(a.begin(),a.begin()+1,a.end());
//a={2,3,4,5,1}
vector<int>b={1,2,3,4,5};
rotate(b.rbegin(),b.rbegin()+1,b.rend());
//b={5,1,2,3,4}

GNU 私货

有一些以双下划线开头的函数并未在 C++ 标准中，是 GNU 的私货，在 NOI 系列赛事中可以使用。

__lg(x)
- 返回 \lfloor \log_2x\rfloor 。
- 时间复杂度 O(1)。
- 常用于实现倍增、二进制运算等。
__gcd(x,y)
- 返回 \gcd(x,y)。
- 复杂度是对数级别的，常数较小。
- 注意，返回值的符号 不一定 是正。
- 在 C++17 之前都是很常用的。

numeric 库

这里的函数，真的很好用。

accumulate(bg,ed,val)
- 将 [bg,ed) 中的所有所有元素与初始值 val 相加，返回这个和。
- 时间复杂度 O(n)。
- 可以传入第四个参数作为加法。
- 可以用于求序列和，但注意，该函数返回值与 val 类型一致，意味着你要注意 long long 的问题：
```
accumulate(bg,ed,0);//返回值是 int，可能溢出
accumulate(bg,ed,0ll);//返回值是 long long
```
inner_product(bg1,ed1,bg2,val)
- 将 [bg_1,ed_1) 和 [bg_2,bg_2+ed_1-bg_1) 对应位置一一相乘再与初始值 val 相加，返回这个和。
- 时间复杂度 O(n)。
- 可以传入第五、六个参数分别作为加法和乘法。
- 用于做向量内积。
partial_sum(bg1,ed1,bg2)
- 对 [bg_1,ed_1) 做前缀和并存入 [bg_2,bg_2+ed_1-bg_1)。
- 时间复杂度 O(n)。
- 可以传入第四个参数作为加法。
- 可以原地求前缀和。
adjacent_difference(bg1,ed1,bg2)
- 对 [bg_1,ed_1) 求差分并存入 [bg_2,bg_2+ed_1-bg_1)。
- 时间复杂度 O(n)。
- 可以传入第四个参数作为减法。
- 可以原地差分。

functional 库

常见的函数有 less<>/greater<> 等。

事实上，大部分运算 / 比较也在这里：

plus<>;//x+y
minus<>;//x-y
multiplies<>;//x*y
divides<>;//x/y
modulus<>;//x%y
negate<>;//-x

equal_to<>;//x==y
not_equal_to<>;//x!=y
greater<>;//x>y
less<>;//x<y
greater_equal<>;//x>=y
less_equal<>;//x<=y

logical_and<>;//x&&y
logical_or<>;//x||y
logical_not<>;//!x

bit_and<>;//x&y
bit_or<>;//x|y
bit_xor<>;//x^y
//注意 bit_not(~x) 是 C++14 的哦~

cmath 库

fabs(x)
- 返回 |x|。
- 注意，对浮点运算请都使用 fabs 而不是 abs，因为有可能你调用的是 abs(int)。
fmod(x,y)
- 返回 x\bmod y=x-y\lfloor\frac xy\rfloor。
- 在一些三角函数的地方可能会用到对 \pi 取模。
exp(x)
- 返回 e^x。
- 在 double 内，x 的有效区间为 [-708.4,709.8]。
log(x)
- 返回 \ln x。
- 当 x\in (-\infty,0] 时报错。
- 对数家族还有：log10(x) 和 log2(x)。
  
  请注意，log2(x) 是 C++11 的。
ceil(x)
- 返回 \lceil x\rceil
- 其返回值依旧是浮点类型，输出时注意格式。
floor(x)
- 返回 \lfloor x\rfloor
- 其返回值依旧是浮点类型，输出时注意格式。

`__builtin` 家族

这里的内容并不在 C++ 标准中，全部都是 GNU 的私货，若使用其它编译器则可能无法通过编译。

如果 x 的类型是 long long，请务必使用 __builtin_xxxll(x)（如 __builtin_popcountll(x)），否则将可能造成 FST 等严重后果。

__builtin_popcount(x)
- 返回 x 在二进制下 1 的个数。
- 时间复杂度有说 O(\log\log x) 的，也有说 O(1) 的。
  
  一定比手写的快。
__builtin_parity(x)
- 返回 x 在二进制下 1 个数的奇偶性。
- 时间复杂度 O(1)，快于 __builtin_popcount(x)&1。
__builtin_ffs(x)
- 返回二进制下最后一个 1 是从后往前第几位。
- 时间复杂度 O(1)。
__builtin_ctz(x)
- 返回二进制下后导零的个数，x=0 时UB。
- 时间复杂度 O(1)。
__builtin_clz(x)
- 返回二进制下前导零的个数，x=0 时UB。
- 时间复杂度 O(1)。

C++ 11

从 C++98 到 C++11 是一次重大的飞跃，许许多多非常实用的函数与语法如雨后春笋般出现。

零零散散的语法糖

auto

auto 在 C++98 中是一个较偏僻冷门的东西，因此在 C++11 中直接将其抛弃，并赋予其新生。

auto 可以用来声明一个变量，其类型由初始化的内容定义。
```
auto a=1;//a is int
auto b=2.0;//b is double
set<int>s;
auto it=s.end();//it is set<int>::iterator
```
因此 auto 声明变量时必须有初始化内容，否则将 CE。

同时，也可以声明为其它变量的引用：
```
auto x=true;//x is bool
auto&y=x;//y is reference of x
y=false;
if(x)
  throw;//will not run
```
常用于声明一些类型名很长的变量，如：set<pair<int,int>,greater<pair<int,int>>>::iterator
auto 用于声明有固定返回值类型的函数，在 C++11 时需要尾随返回类，但在 C++14 及之后就不需要了：
```
auto func(double x)->double{
return x*2-1;
}//C++11

auto func2(double x){
return x*2-1;
}//C++14
```
也可以用来声明一个 lambda 函数，见下文 lambda 表达式部分。

lambda 表达式

lambda 相当于一个函数，其形式多变，但都是由若干部分组成：

[captures](params)->T{body}

其中 captures 填捕获的方式，params 填传入的参数，T 填返回值类型，body 就是函数主体。

captures

有两种填法：& 和 =，不填时，局部的 lambda 将不会进行捕获，全局的 lambda 默认为 &。

& 表示这个表达式捕获的内容是引用的形式，而 = 表示捕获的内容是复制且只读的。
```
int x=1;
[=](){x=2;}();//CE,向只读变量‘x’赋值
[&](){x=2;}();//OK,x will be 2
//上面 lambda 最后的括号是对其进行调用
```
这里有坑：请尽量使用 &，考虑如下程序片段：
```
vector<int>v(n),o(n);
for(int&x:v)cin>>x;
iota(o.begin(),o.end(),0);
sort(o.begin(),o.end(),[=](int x,int y){return v[x]<v[y];});
```
其作用是按 v 的大小对其下标 o 排序，但注意使用的是 =，这意味着每次调用 lambda 时都将 v 拷贝了一份，一共拷贝 n\log n 次，直接 TLE。
params

和普通函数一样。

T

若此处省略，则其返回值将为 auto：

[](int x){return x*2.0;}(3);//will return double 6.0

也可使用 auto 将 lambda 表达式作为一个可调用的函数：

auto sqr=[](double x){
    return x*x;
};

那么每次调用 sqr(r) 都将返回 r\times r 的值。

这样写的函数将自带 inline，比写 inline 短多了。

range-for

for 循环中轻松地遍历容器（vector、set、list 等）：

vector<int>v={5,1,3,4,2};
for(int x:v)cout<<x<<' ';
//output:5 1 3 4 2
//按顺序遍历 v 中的每一个元素，并赋值给 x。

也可以将 x 声明为引用：

vector<int>v(n);
for(int&x:v)cin>>x;
//读入一个长度为 n 的序列

注意，x 的类型必须与 v 中元素的类型保持一致，否则会 CE。

也可以使用 auto 进行声明。

注意，若遍历数组，那将从头到尾遍历一遍，不推荐。

用处极为广泛，常用于对于 vector 存图的遍历等。

STL

emplace

在很多 STL 容器中都出现了一个新的函数——emplace，如：

set<int>s;
s.insert(1);//C++98
s.emplace(1);//C++11

queue<int>q;
q.push(2);//C++98
q.emplace(2);//C++11

vector<int>v;
v.push_back(3)//C++98
v.emplace_back(3);//C++11

deque<int>dq;
dq.push_front(4)//C++98
dq.emplace_front(4);//C++11

emplace 相比原先的 insert/push/push_back/push_front 区别是，emplace 通过调用元素的构造函数来进行插入，所以它会比之前的函数更快一些。

因此也产生了使用上的区别：

set<pair<int,int>>s;
s.insert(make_pair(1,2));//C++98
s.emplace(1,2);//C++11

更加便于书写。

但这要求用户自己的类型必须含有构造函数：

struct A{
    int x;
};
queue<A>q;
q.emplace(1);//CE，A 没有构造函数

struct B{
    int x;
    B(int _x=0):x(_x){}
};
queue<B>p;
p.emplace(1);//OK，B 有构造函数

shrink_to_fit

vector/deque/string/basic_string 的 shrink_to_fit 可以使其 capacity 调整为 size 的大小，如：

vector<int>v={1,2,3};
cout<<v.size()<<' '<<v.capacity()<<'\n';
v.clear();
cout<<v.size()<<' '<<v.capacity()<<'\n';
v.shrink_to_fit();
cout<<v.size()<<' '<<v.capacity()<<'\n';
/*
output:
3 3
0 3
0 0
*/

常用于 clear() 之后释放内存。

algorithm 库

shuffle(bg,ed,gen)
- 打乱 [bg,ed) 的顺序，gen 是一个随机数生成器（mt19937）。
- 时间复杂度 O(n)。
- C++11 之后请尽量使用 shuffle 而不是 random_shuffle
is_sorted(bg,ed)
- 判断 [bg,ed) 是否升序排序。
- 时间复杂度 O(n)。
minmax(a,b)
- 返回一个 pair<>，其 first 为 \min(a,b)，second 为 \max(a,b)。
- 时间复杂度 O(1)。
- 常用于无向图存边的去重问题。
max(l)/min(l)
- 时间复杂度 O(size_l)。
- 在多个元素求最大 / 最小时非常好用：max({a,b,c})
minmax(l)
- 时间复杂度 O(size_l)。
- 若要求一个序列 / 容器中最小和最大的元素，请使用 minmax_element。
minmax_element(bg,ed)
- 返回一个 pair<>，其 first 为 [bg,ed) 中最小的元素，second 为 [bg,ed) 中最大的元素。
- 时间复杂度 O(n)。

numeric 库

iota(bg,ed,val)
- 将 [bg,ed) 中的元素依次赋值为 val,val+1,val+2,\cdots
- 时间复杂度 O(n)。
- 常用于给并查集初始化。

iterator 库

prev(it)/next(it)
- 返回迭代器 it 的前驱 / 后继。
- 复杂度与 ++/-- 的复杂度相同，取决于容器。
- 可以更方便的实现许多内容：
```
set<int>s={1,2,3,4,5};
auto i=s.lower_bound(3);
++i;
auto j=i;
--i;
//这是很麻烦的
auto j=next(i);//很方便
```
- 请习惯在 C++98 环境下使用 next 的同学们注意：这会导致声明一个叫 next 的变量时出错。
begin(container)/end(container)
- 返回容器 \texttt{container} 的 begin() 和 end()。
- 复杂度取决于容器。
- 作用就是相比原先要短一个字节：
```
set<int>t;
auto i=t.begin();
auto i=begin(t);//你比一比谁更短
```

functional 库

function

声明方式：function<R(Args...)>f;

其中 R 为返回值，Args... 为形参，f 为名称。

一个 function 可以作为函数直接使用。

function<int(int,int)>f[4]={
[](int x,int y){return x+y;},
[](int x,int y){return x-y;},
[](int x,int y){return x*y;},
[](int x,int y){return x/y;}
};
//声明一个数组，每个元素都是一个 function<int(int,int)>

for(int i=0;i<4;++i)
  cout<<f[i](5,2)<<' ';
//output:7 3 10 2

常用来代替函数指针。

random 库

用于代替垃圾的 rand。

mt19937
- 一个类型，作为随机数生成器。
- 其构造函数应传入一个数字作为随机种子，使用时用法和 rand 相同。
- 生成 unsigned int 范围内的随机数。
```
mt19937 gen(123456);//123456 为随机种子
int x=gen()%10000;//x will in [0,10000)
uint32_t y=gen();//normally y will in [0,2^32)
```
- 随机种子通常为时间相关，下面的非常常用，建议背过
```
mt19937 gen(chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count());
//chrono 在头文件 <chrono> 中
```
uniform_int_distribution<T>(L,R)
- 随机数发生器，每次调用时传入一个 mt19937，返回一个 [L,R] 之间的整数，类型为 T，若 T 为空则默认为 int。
uniform_real_distribution<T>(L,R)
- 随机数发生器，每次调用时传入一个 mt19937，返回一个 [L,R] 之间的实数，类型为 T，若 T 为空则默认为 double。

mt19937 gen(chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count());
uniform_int_distribution<>dist(1,1000);
int x=dist(gen);// x is a random int in [1,1000]
uniform_real_distribution<>dist2(-10,10);
double y=dist2(gen);// y is a random double in [-10,10]

cmath 库

exp2(x)
- 返回 2^x。
log2(x)
- 返回 \log_2(x)。
hypot(x,y)
- 返回 \sqrt{x^2+y^2}。
- 常用于求两点之间的距离，非常方便。
NAN，INFINITY
- 两个 define 出的量，由编译器实现定义。

C++14

零零散散的语法糖

弃用了 register 。

auto

auto 可以在 lambda 的形参中出现：
```
void func(auto x){
  //do something
}
```
但注意，在普通函数中使用 auto 作为形参直到 C++20 才支持。
auto 可以作为普通函数的返回值：
```
auto sum(int x,int y){
return x+y;
}
```

functional 库

functional 库在 C++14 给大部分模板都加入了默认类型 void，如：greater<void>、plus<void> 等。

这里的 void 可以省略，因此以后就可以不用写具体类型了：
```
vector<pair<int,int>>v;
//...
sort(begin(v),end(v),greater<pair<int,int>>());//C++11
sort(begin(v),end(v),greater<>());//C++14
```
非常方便。
bit_not<>

在 C++98 的 functional 库中有提到。

C++17

零零散散的语法糖

结构化绑定

从一个结构体 / 初始化列表中获取元素.

pair<int,int>a=make_pair(1,2);
{
  int x,y;
  tie(x,y)=a;
}//C++11
{
  auto[x,y]=a;//结构化绑定
}//C++17

也可以声明为引用：

struct A{
  int u,v,w;
}a;
auto&[x,y,z]=a;//结构体
x=1,y=2,z=3;
cout<<a.u<<' '<<a.v<<' '<<a.w<<'\n';
//output:1 2 3

可以搭配 range-for 使用：

vector<pair<int,int>>v(n);
for(auto&[x,y]:v)cin>>x>>y;

常用于带边权的图遍历：

vector<pair<int,int>>G[N];
void dfs(int u,int fa){
for(auto[v,w]:G[u])if(v!=fa)
      dis[v]=dis[u]+w,dfs(v,u);
}

非常好用。

类模板的实参推导

在使用类模板时不必写出具体的实参名：

auto x=pair<int,double>(1,2.5);//C++11
auto y=pair(5,7.2);//C++17：推导了 pair<int,double>

vector<int>v={1,2,3};//C++11
vector w={1,2,3};//C++17：推导了 vector<int>

推导也可以嵌套，主要用于简化代码。

if 和 switch 中进行初始化

在 if 语句和 switch 语句中可以像 for 循环一样加入初始化语句。

cin>>n;
if(int x=f(n);x>=10)
  cout<<x<<'\n';

顺便提一句，在 C++98 中就已经可以这样写了：

if(int x=f(n))//if x is true then:
  //...

using 声明多个名称

可以使用 using 语句后跟一个逗号分隔的声明符列表。

using std::cin,std::cout,std::cerr;

起到同时声明多个的作用。

对于不喜欢 using namespace std 的同学比较有用。

STL

set/map 的 merge

将一个 set/map 并入另一个，若将 t 并入 s ，则所有 t 中未在 s 里出现的元素将被插入 s，并在 t 中被删除。

set<int>s={1,2,3};
set<int>t={3,4,5};
s.merge(t);
cout<<s.size()<<" : ";
for(int i:s)cout<<i<<' ';
cout<<'\n';
cout<<t.size()<<" : ";
for(int i:t)cout<<i<<' ';
/*
output:
5 : 1 2 3 4 5 
1 : 3 
*/

对于 s.merge(t)，复杂度为 O(|t|\log(|s|+|t|))。

algorithm 库

以 shuffle 替代 random_shuffle，random_shuffle 完全被废除。
sample(bg,ed,out,n,gen)
- 从 [bg,ed) 中随机取出 n 个元素，输出到 out 迭代器中，随机数生成器为 gen。
- 每个元素等将概率被选择。
- out 的一个具体的例子是 back_inserter。

numeric 库

gcd(x,y)/lcm(x,y)
- 返回 \gcd(|x|,|y|) / \operatorname {lcm}(|x|,|y|) 的值。
- 复杂度对数级别的。
- 保证了返回值的符号是正。
- lcm 的实现是先除后乘。

iterator 库

size(container)/empty(container)
- 返回一个容器的 size() / 是否为空。
- 复杂度取决于容器。
data(container)
- 返回 container.data()。
- 复杂度取决于容器。

cmath 库

出现了一些比较谔谔的《数学特殊函数》，OI 中应该不会用到，如果想了解请前往官网。
hypot(x,y,z)
- 返回 \sqrt{x^2+y^2+z^2}。
- 复杂度 O(1)。
- 常用来求三维中两点距离。

C++20

零零散散的语法糖

三路比较运算符 `<=>`

新增运算符 <=> 满足：

若 a<b，则 (a<=>b) <0。
若 a>b，则 (a<=>b) >0。
若 a=b，则 (a<=>b) =0。

重载此运算符后，就可以直接使用< > <= >= 几种运算符，但请注意若要使用 == 和 != 仍需再写一个函数：

struct T{
 int x,y;
 T(int _x=0,int _y=0):x(_x),y(_y){}
 auto operator<=>(const T&_)const{
  return x-_.x;
 }
}a(1,3),b(2,4);

if(a<b)cout<<"a<b\n";//OK,output: a<b
if(a==b)cout<<"a==b\n";//CE not operator==

range-for 的初始化语句和初始化器

在 range-for 前面可以加入一个初始化语句 / 初始化器，可以是

表达式语句（空语句）。
声明语句（或结构化绑定）。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
 vector<pair<int,int>>v={{1,2},{3,4}};
 for(int i=0;auto[x,y]:v)
  cout<<(i++)<<" : ("<<x<<','<<y<<")\n";
}
/*
output:
0 : (1,2)
1 : (3,4)
*/

更便利了捏~

规定有符号整数以补码实现

谔谔，谔谔。

终于可以写什么 &-2 这种东西了，好耶！

STL

contains

在 set/map/multiset/multimap 中查找一个元素是否存在，如果使用 count 那么复杂度关于出现次数是线性的，这不好（出现次数为 m，则复杂度为 O(m+\log n)）。C++ 20 中加入的 contains 的复杂度是 O(\log ) 的，返回值是 true/false ，非常好用。

bit 库

C++20 加入的新库，头文件 <bit>。

popcount(x)
- 返回 无符号整形 x 在二进制下 1 的个数。
- 时间复杂度有说 O(\log\log x) 的，也有说 O(1) 的。
一定比手写的快。
- 使用 __builtin_popcount 实现，但会检查传入的参数是否为无符号整形。
```
unsigned int x=3;
cout<<popcount(x)<<'\n';//OK, output:2
int y=7;
cout<<popcount(y)<<'\n';//CE, y is not unsigned 
double z=2.5;
cout<<popcount(z)<<'\n';//CE, z is not integer
```
  下述 bit 库中的函数也都会进行这个检查。

countl_zero(x);//从最高位起连续的 0 的数量
countr_zero(x);//从最低位起连续的 0 的数量
countl_one(x);//从最高位起连续的 1 的数量
countr_one(x);//从最低位起连续的 1 的数量

上述函数的复杂度都是 O(1)。

rotl(x)/rotr(x)
- 返回 x 二进制下逐位向左 / 右旋转得到的结果。
- 复杂度 O(1)。
- 好像没什么用？
bit_width(x)
- 当 x=0 时返回 0，否则返回 1+\lfloor \log_2(x) \rfloor。
- 即二进制下 x 的位数。
- 复杂度 O(1)。
bit_floor(x)/bit_ceil(x)
- 返回不超过 x 的最大的 2 的整次幂 / 不小于 x 的最小的 2 的整次幂。
- 复杂度 O(1)。
has_single_bit(x)
- 返回 x 是否为 2 的整次幂，相当于 popcount(x)==1。
- 复杂度 O(1)。

ranges 库

C++20 加入的库，提供了各种处理元素范围的组件，在头文件 <ranges> ，命名空间 std::ranges::views 或 std::views 中。

在 ranges 库中的一个函数 func ，其通常有两种形态：ranges::func_view 和 views::func，下文我们将全部选择更简短的后者。

view 是一个指定范围的视图，可以在 O(1) 时间内完成移动 / 复制 / 赋值。

这里的描述很不优美，如果看不懂描述可以直接看代码部分。
empty()
- 一个空的 view。
single(val)
- 一个只有 val 的 view。
iota(bg,ed)
- 由 [bg,ed) 之间所有自然数组成的 view。
```
for(int i:views::iota(1,6))
 cout<<i<<' ';
//output:1 2 3 4 5
```
- 若省略 ed 则为一个无限长的序列。
- 可以搭配下文的 take 一起使用。

all(v)

包含 v 所有元素的 view。

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:views::all(v))
 cout<<i<<' ';
//output: 1 2 3 4 5

transform(v,func)

对 v 中每个元素执行 func 后的 view。

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:views::transform(v,[](int x){return x*2-1;}))
 cout<<i<<' ';
//output:1 3 5 7 9

take(v,n)
- ```cpp vector v={1,2,3,4,5}; for(int i:views::take(v,3)) cout<<i<<' '; //output:1 2 3 ```
take_while(v,func)
- ```cpp vector v={1,2,3,4,5}; for(int i:views::take_while(v,[](int x){return x<=3;})) cout<<i<<' '; //output:1 2 3 ```

drop_while(v,func)

跳过直到第一个使得 func 返回 false 的元素后，剩余元素组成的 view。

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:views::drop_while(v,[](int x){return x<=3;}))
 cout<<i<<' ';
//output:4 5

drop(v,n)
- ```cpp vector v={1,2,3,4,5}; for(int i:views::drop(v,3)) cout<<i<<' '; //output:4 5 ```

reverse(v)

翻转 v 的 view。

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:views::reverse(v))
 cout<<i<<' ';
//output:5 4 3 2 1

filter(v,func)

使得 func 返回值为 true 的元素的 view。

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:views::filter(v,[](int x){return x&1;}))
 cout<<i<<' ';
//output:1 3 5

可以使用运算符 | 连接两个或多个范围适配器：

vector v={1,2,3,4,5};
for(int i:v|views::reverse|views::take(3))
cout<<i<<' ';
//output:5 4 3

auto odd=[](int x){return x&1;};
auto sqr=[](int x){return x*x;};
for(int i:v|views::filter(odd)|views::transform(sqr))
//output:1 9 25

注意，这里的 | 是从左向右结合的：

vector v={1,2,3,4,5};
using views::take,views::drop;

for(int i:v|take(3)|drop(1))
cout<<i<<' ';
//output:2 3

for(int i:v|drop(1)|take(3))
cout<<i<<' ';
//output:2 3 4

numbers 库

头文件 <numbers>，命名空间 std::numbers 中提供了大量的数学常数：

代码表示	数学表示
`e_v`	e
`log2e_v`	\log_2e
`log10e_v`	\log_{10}e
`pi_v`	\pi
`inv_pi_v`	\frac 1\pi
`inv_sqrtpi_v`	\frac 1{\sqrt \pi}
`ln2_v`	\ln 2
`ln10_v`	\ln 10
`sqrt2_v`	\sqrt 2
`sqrt3_v`	\sqrt 3
`inv_sqrt3_v`	\frac 1{\sqrt 3}
`egamma_v`	欧拉-马斯克若尼常数 \gamma
`phi_v`	黄金比 \phi=\frac{\sqrt 5+1}{2}（注意这里是加号！！！）

这些都是类模板，调用时请填入类型：

#include<numbers>
#include<iomanip>
#include<iostream>
int main(){
  std::cout<<std::fixed<<std::setprecision(9)<<std::numbers::pi_v<double><<'\n';
}

去掉末尾的 _v 后直接就是一个常量：

cout<<numbers::e<<'\n';

从 C++98 到 C++20，寻觅甜甜的语法糖们

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零零散散的语法糖

auto

functional 库

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零零散散的语法糖

结构化绑定

类模板的实参推导

if 和 switch 中进行初始化

using 声明多个名称

STL

set/map 的 merge

algorithm 库

numeric 库

iterator 库

cmath 库

C++20

零零散散的语法糖

三路比较运算符 <=>

range-for 的初始化语句和初始化器

规定有符号整数以补码实现

STL

contains

bit 库

ranges 库

numbers 库

`__builtin` 家族

三路比较运算符 `<=>`