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独立式和宿主式实现

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C++
 

C++ 标准定义了两种实现：**宿主式**实现和**独立式**实现。对于宿主式实现，C++ 标准要求的标准库头文件集合比独立式实现大得多。在独立式实现中，程序可以在没有操作系统的环境下执行。

实现的类型是实现定义的。宏 `__STDC_HOSTED__` 对于宿主式实现预定义为 `1`，对于独立式实现预定义为 `0`。(C++11 起)

目录

多线程执行和数据竞争的要求

独立式 宿主式
在*独立式*实现下，程序是否可以有多个执行线程是实现定义的。 在*宿主式*实现下，C++ 程序可以有多个线程并发运行。
 (C++11 起)

[编辑] 关于 main 函数的要求

独立式 宿主式
在*独立式*实现中，程序是否需要定义 main 函数是实现定义的。启动和终止是实现定义的；启动包括具有静态存储期的命名空间作用域对象的构造函数的执行；终止包括具有静态存储期对象的析构函数的执行。 在*宿主式*实现中，程序必须包含一个名为 main 的全局函数。执行程序会启动一个主执行线程，在该线程中调用 `main` 函数，并且在该线程中可以初始化和销毁具有静态存储期的变量。

[编辑] 关于标准库头文件的要求

独立式实现具有一组实现定义的头文件。此集合至少包含下表中的头文件。

对于部分独立式头文件，独立式实现只需提供对应概要中的部分实体。

  • 如果一个实体被注释为 // freestanding，则保证会提供。
  • 如果一个实体（函数或函数模板）被注释为 // freestanding-deleted，则保证会提供或删除。
 (C++26 起)
独立式实现所需的头文件
库 组件 头文件  独立式 
语言支持 通用定义 <cstddef> 全部
C 标准库 <cstdlib> 部分
实现属性 <cfloat>
<climits> (C++11 起)
<limits>
<version> (C++20 起)		 全部
整数类型 <cstdint> (C++11 起) 全部
动态内存管理 <new> 全部
类型识别 <typeinfo> 全部
源位置 <source_location> (C++20 起) 全部
异常处理 <exception> 全部
初始化器列表 <initializer_list> (C++11 起) 全部
比较 <compare> (C++20 起) 全部
协程支持 <coroutine> (C++20 起) 全部
其他运行时支持 <cstdarg> 全部
调试支持 <debugging> (C++26 起) 全部
概念 <concepts> (C++20 起) 全部
诊断 错误号 <cerrno> (C++26 起) 部分
系统错误支持 <system_error> (C++26 起) 部分
内存管理  内存 <memory> (C++23 起) 部分
元编程 类型特性 <type_traits> (C++11 起) 全部
编译时有理算术  <ratio> (C++23 起) 全部
通用工具 实用组件 <utility> (C++23 起) 全部
元组 <tuple> (C++23 起) 全部
函数对象 <functional> (C++20 起) 部分
原生数值转换 <charconv> (C++26 起) 部分
位操作 <bit> (C++20 起) 全部
字符串 字符串类 <string> (C++26 起) 部分
以 null 结尾的
序列工具		 <cstring> (C++26 起)
<cwchar> (C++26 起)		 部分
迭代器 <iterator> (C++23 起) 部分
范围 <ranges> (C++23 起) 部分
数值 浮点类型
的数学函数		 <cmath> (C++26 起) 部分
并发支持 原子操作 <atomic> (C++11 起)     全部[1]
**已废弃**头文件 <ciso646> (直至 C++20)
<cstdalign> (C++11 起)(直至 C++20) 
<cstdbool> (C++11 起)(直至 C++20)		 全部
  1. ↑ 在独立式实现中，对始终无锁的整型原子类型的支持以及类型别名 std::atomic_signed_lock_free 和 std::atomic_unsigned_lock_free 的存在是实现定义的。(C++20 起)

[编辑] 注意

一些编译器供应商可能不完全支持独立式实现。例如，GCC libstdc++ 在版本 13 之前存在实现和构建问题，而 LLVM libcxx 和 MSVC STL 不支持独立式。

在 C++23 中，许多功能通过部分头文件成为独立式。然而，WG21 仍在讨论未来标准中是否会将一些头文件设置为独立式。无论如何，像 vector、list、deque 和 map 这样的容器永远不会是独立式的，因为它们依赖于异常和堆。

GCC 13 为独立式提供了更多头文件，例如 <optional>、<span>、<array> 和 <bitset>，尽管这些头文件可能不具有可移植性，或者不能提供与宿主式实现相同的功能。最好避免在独立式环境中使用它们，即使工具链提供了它们。

特性测试宏 值 标准 特性
__cpp_lib_freestanding_feature_test_macros 202306L (C++26) 独立式特性测试宏
__cpp_lib_freestanding_algorithm 202311L (C++26) 独立式 <algorithm>
__cpp_lib_freestanding_array 202311L (C++26) 独立式 <array>
__cpp_lib_freestanding_char_traits 202306L (C++26) 独立式 std::char_traits
__cpp_lib_freestanding_charconv 202306L (C++26) 独立式 <charconv>
__cpp_lib_freestanding_cstdlib 202306L (C++26) 独立式 <cstdlib>
__cpp_lib_freestanding_cstring 202311L (C++26) 独立式 <cstring>
__cpp_lib_freestanding_cwchar 202306L (C++26) 独立式 <cwchar>
__cpp_lib_freestanding_errc 202306L (C++26) 独立式 std::errc
__cpp_lib_freestanding_expected 202311L (C++26) 独立式 <expected>
__cpp_lib_freestanding_functional 202306L (C++26) 独立式 <functional>
__cpp_lib_freestanding_iterator 202306L (C++26) 独立式 <iterator>
__cpp_lib_freestanding_mdspan 202311L (C++26) 独立式 <mdspan>
__cpp_lib_freestanding_memory 202306L (C++26) 独立式 <memory>
__cpp_lib_freestanding_numeric 202311L (C++26) 独立式 <numeric>
__cpp_lib_freestanding_optional 202311L (C++26) 独立式 <optional>
__cpp_lib_freestanding_ranges 202306L (C++26) 独立式 <ranges>
__cpp_lib_freestanding_ratio 202306L (C++26) 独立式 <ratio>
__cpp_lib_freestanding_string_view 202311L (C++26) 独立式 <string_view>
__cpp_lib_freestanding_tuple 202306L (C++26) 独立式 <tuple>
__cpp_lib_freestanding_utility 202306L (C++26) 独立式 <utility>
__cpp_lib_freestanding_variant 202311L (C++26) 独立式 <variant>

[编辑] 参考文献

  • C++23 标准 (ISO/IEC 14882:2024)
  • 4.1 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 10)
  • 6.9.2 Multi-threaded executions and data races [intro.multithread] (p: 84)
  • 6.9.3.1 main function [basic.start.main] (p: 89)
  • 16.4.2.5 Freestanding implementations [compliance] (p: 483)
  • C++20 标准 (ISO/IEC 14882:2020)
  • 4.1 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 7)
  • 6.9.2 Multi-threaded executions and data races [intro.multithread] (p: 77)
  • 6.9.3.1 main function [basic.start.main] (p: 82)
  • 16.5.1.3 Freestanding implementations [compliance] (p: 470)
  • C++17 标准 (ISO/IEC 14882:2017)
  • 4.1 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 5)
  • 4.7 Multi-threaded executions and data races [intro.multithread] (p: 15)
  • 6.6.1 main function [basic.start.main] (p: 66)
  • 20.5.1.3 Freestanding implementations [compliance] (p: 458)
  • C++14 标准 (ISO/IEC 14882:2014)
  • 1.4 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 5)
  • 1.10 Multi-threaded executions and data races [intro.multithread] (p: 11)
  • 3.6.1 Main function [basic.start.main] (p: 62)
  • 17.6.1.3 Freestanding implementations [compliance] (p: 441)
  • C++11 标准 (ISO/IEC 14882:2011)
  • 1.4 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 5)
  • 1.10 Multi-threaded executions and data races [intro.multithread] (p: 11)
  • 3.6.1 Main function [basic.start.main] (p: 58)
  • 17.6.1.3 Freestanding implementations [compliance] (p: 408)
  • C++03 标准 (ISO/IEC 14882:2003)
  • 1.4 Implementation compliance [intro.compliance] (p: 3)
  • 3.6.1 Main function [basic.start.main] (p: 43)
  • 17.4.1.3 Freestanding implementations [lib.compliance] (p: 326)

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 发布时的行为 正确的行为
CWG 1938 C++98 实现不需要
文档说明它是否是宿主式		 将实现类型设为实现定义的
(因此需要文档)
LWG 3653
(P1642R11)		 C++20 <coroutine> 是独立式，但
使用了 std::hash，而它未		 使 <functional> 成为
部分独立式

[编辑] 另请参阅

C 文档 关于 符合性
取自 “https://cppreference.cn/mwiki/index.php?title=cpp/freestanding&oldid=167777”