NexusForce 1.0.0
A Modern C++ Library with extended functionality, web components, and utility libraries
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NexusForce V1.0.0

vcpkg CMake C++ CodeQL [Quality Gate]() Clang Format Clang Tidy C++ Core Guidelines Valgrind [Memory Leak](valgrind) License Docs PRs Welcome

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📑 目录

  • 项目简介
  • 支持环境
  • 工程质量
  • 标准合规
  • 特性
  • 编译指南
  • 文档
  • 协议
  • 更新日志
  • 贡献者
  • TODO

📖 项目简介

本项目旨在建立**功能健全、风格统一、可读性强、社区共建、跨平台兼容**的现代 C++ 开发库。通过清晰的架构设计、规范的代码实现、丰富的设计模式应用，为项目开发提供实用的工具集，同时也为 C++ 学习者提供理解底层原理的实践载体，建立从学习到生产的连接点。

💡 有劳各位多多 提交 Issue，使本项目趋于健全。如有不足，还望斧正。

ℹ️ 字符编码说明
本库假定运行环境的默认系统代码页为 **UTF-8**。若在非 UTF-8 环境下使用 IO 相关功能，请确保已正确配置 UTF-8 区域设置，以避免潜在的字符行为异常。

🖥️ 支持环境

平台 指令集 位宽 编译器 C++ 标准
🪟 WINDOWS X86 32位 MSVC 14
🐧 LINUX 64位 MinGW 17
GCC 20
Clang

✨ 工程质量

NexusForce 严格遵循现代 C++ 工程最佳实践，通过多层次自动化检查确保代码健壮性与可读性。

指标 状态 说明
📊 代码规模 12万+ 行 核心库源码与头文件
🔒 CodeQL 安全分析 0 漏洞 security-and-quality 全规则集，零安全告警
🔍 Clang-Tidy 静态检查 零警告 全量规则集（bugprone/cppcoreguidelines/hicpp/modernize/performance/readability），警告即错误
🎨 Clang-Format 代码风格 强制统一 120 列、4 空格、K&R 变体大括号、强制大括号插入等
⚠️ 警告即错误 -Werror 所有 Clang-Tidy 警告视为编译错误，CI 阻断
💧 动态内存检查 0 泄漏 Valgrind 全量测试，无内存泄漏与越界访问

📋 **关于规则豁免**：.clang-tidy 包含约 60 项显式豁免，.clang-format 包含多项风格定制。每一项均针对底层系统编程的固有需求，遵循"默认严格，按需放开"原则。

📡 标准合规

NexusForce 的核心组件实现严格遵循相关国际标准与行业规范，确保行为可预测、互操作性强且安全可靠。以下为关键组件的标准映射：

🌐 网络协议与互联网标准

组件 遵循标准 说明
URL 解析与编码 RFC 3986, RFC 3987, WHATWG URL URI 通用语法、百分号编码及国际化资源标识符
网络端口定义 IANA 端口号注册表, RFC 6335 HTTP/HTTPS/FTP/SSH/DNS 等知名端口分配
Base64 编码 RFC 4648 标准 Base64 与 URL 安全 Base64 字符表
JSON 数据格式 RFC 8259, ECMA-404 JSON 语法、数据类型与 UTF-8 编码要求
TOML 配置格式 TOML v1.0.0 包含日期时间格式遵循 RFC 3339 / ISO 8601
UUID 生成 RFC 4122, RFC 9562 UUID v4（随机）与 v7（时间有序）生成规范

🔐 密码学与安全算法

组件 遵循标准 说明
AES-256 加密 NIST FIPS 197, ISO/IEC 18033-3 高级加密标准，支持 ECB/CBC/GCM 模式（NIST SP 800-38A / SP 800-38D）
SHA-256 哈希 NIST FIPS 180-4, RFC 6234 安全哈希算法（SHA-2 家族），256 位输出
SHA-1 哈希 NIST FIPS 180-4 (历史兼容) ⚠️ 已标注安全警告（SHAttered 碰撞攻击）
MD5 哈希 RFC 1321 (历史兼容) ⚠️ 已标注安全警告，仅用于非安全校验场景
PKCS#7 填充 RFC 5652, RFC 8018 加密消息语法与基于密码的加密填充方案

🔤 字符编码与国际化

组件 遵循标准 说明
UTF-8 / UTF-16 / UTF-32 Unicode 15.1.0, ISO/IEC 10646, RFC 3629 / RFC 2781 Unicode 码点操作、规范化与编码转换，含无效序列检测
Unicode 码点处理 Unicode 15.1.0 §2.4, §2.13 代理对处理、BOM 检测与替换字符 (U+FFFD) 规则

📐 数据结构与算法

组件 遵循标准 / 学术文献 说明
堆算法 ISO/IEC 14882:2020 §25.8.6 复杂度保证与 Floyd 堆调整优化 (Algorithm 245)
红黑树 Guibas & Sedgewick (1978) 自平衡二叉搜索树经典实现，O(log n) 复杂度保证
莱昂纳多堆 / 平滑排序 Dijkstra (1981) EWD796a 自适应排序算法，最优时间复杂度 O(n)
内省排序 Musser (1997) 混合快速/堆/插入排序，C++ 标准库 sort 默认算法
非加密哈希 FNV-1a 草案, MurmurHash3 高性能哈希表与布隆过滤器专用

⚙️ 系统、并发与命令行

组件 遵循标准 说明
原子内存序 ISO/IEC 14882:2020 §31.4 C++ 内存模型，含 x86/ARM 硬件屏障等价与 Intel TSX HLE 支持
命令行解析 POSIX.1-2017 (IEEE 1003.1) 第12章, GNU getopt_long 支持短选项组合、长选项、-- 分隔符与可选值
日期与时间 ISO 8601-1:2019, RFC 3339, POSIX 时间戳 公历计算、儒略日转换与 Unix 纪元处理
SQL 语句构建器 ISO/IEC 9075 (SQL-92 及后续版本) 生成符合 ANSI SQL 的 SELECT/INSERT/UPDATE/DELETE 语句

🎨 图形、色彩与数学

组件 遵循标准 说明
RGB 颜色模型 W3C CSS Color Level 4, Compositing Level 1 直通 Alpha 合成、十六进制格式与 ANSI 256 色调色板
灰度转换 ITU-R BT.709 / IEC 61966-2-1 (sRGB) 人眼感知加权（0.299R + 0.587G + 0.114B）
数学函数与常量 IEEE 754-2019, ISO/IEC 10967 (LIA) 三角函数归约、牛顿迭代法与机器精度容差
随机数生成 ISO/IEC 18031:2011, NIST SP 800-90A 梅森旋转 (MT19937) 与操作系统熵源真随机数

📖 **文档完整性**：所有涉及上述标准的类与函数，均在其 API 注释（Doxygen 格式）中标注了具体的标准章节号与官方链接，开发者可随时溯源验证。

🚀 特性

🔄 并发与异步 (Async)

  • 线程池 - 基于任务窃取的多策略线程池
  • 协程支持 - 协程原语和生成器
  • 虚拟线程 - 基于协程的轻量级虚拟线程
  • 无锁队列 - 线程安全的无锁队列实现
  • 同步原语 - 互斥锁、读写锁、信号量、线程屏障与闩锁
  • 原子操作 - 原子类型、FUTEX、定时等待
  • Future/Promise - 异步编程模型
  • 危险指针 - 无锁数据结构的内存管理
  • 停止令牌 - 可取消的异步操作

📦 容器 (Container)

  • 标准容器 - vector、list、deque、map、set 等
  • 红黑树 - 自平衡二叉搜索树实现
  • 哈希表 - 开放寻址哈希表
  • 布隆过滤器 - 概率性数据结构
  • LRU/TTL 缓存 - 基于最近最少使用/过期时间的缓存策略
  • 位图/位集 - 高效位操作容器
  • 莱昂纳多堆 - 莱昂纳多堆算法实现

🔐 加密与安全 (Encrypt)

  • AES256 - 高级加密标准实现
  • SHA1/SHA256 - 安全哈希算法
  • MD5 - 消息摘要算法
  • Base64 - 二进制数据编码
  • XOR - 简单异或加密

📁 文件系统 (File)

  • 路径/文件操作 - 路径/文件系统操作
  • 文件监控 - 实时文件系统变更监控
  • 配置文件解析 - JSON/TOML/INI/ENV 格式解析与流式构建
  • 临时文件 - 安全的临时文件管理
  • 系统管道 - 管道操作类
  • 共享内存 - 跨进程共享内存

🌐 网络库 (Network)

  • WebSocket - 全双工通信协议
  • TCP/UDP 套接字 - 高性能网络通信
  • SSL/TLS - 加密网络传输
  • HTTP 客户端/服务器 - HTTP 协议实现，包含路由器、过滤器
  • DNS 客户端 - 域名解析
  • URL 解析 - URL 处理
  • ICMP/SMTP - ICMP 和 SMTP 协议操作
  • ARP/MAC/IP/Ports - 底层网络操作

🗄️ 数据库 (DB)

  • 数据库连接池 - 连接复用与管理
  • SQL 构建器 - 标准 SQL 语句流式构建
  • 多数据库支持:
    • MySQL 客户端
    • PostgreSQL 客户端
    • SQLite 客户端
    • Redis 客户端
  • 预处理语句 - 防止 SQL 注入
  • 结果集封装 - 统一结果访问接口

📝 日志系统 (Logging)

  • 多级别日志 - 支持不同日志级别
  • 日志输出 - 日志文件管理与轮转
  • 日志格式化 - 自定义日志格式
  • 多接收器 - 可扩展的日志输出目标
  • 日志器 - 灵活可配置的日志器

🔤 字符串处理 (String)

  • PCRE2 正则表达式 - 支持 JIT 的高效正则匹配
  • Unicode 支持 - UTF 转换系统、码点操作类
  • 字符串格式化 - 类型安全的格式化输出
  • 字符串视图 - 大量使用字符串视图优化操作
  • 数值转换 - 字符串与数值互转

⚙️ 系统接口 (System)

  • 进程管理 - 进程创建与控制
  • 管道操作 - 管道创建与管理
  • 动态库加载 - 运行时库加载
  • 控制台操作 - 终端交互
  • 进程参数解析 - 进程参数分析与操作
  • 堆栈跟踪 - 异常调试
  • 系统信息 - 硬件与 OS 信息
  • 环境变量 - 环境变量操作
  • 信号管理 - 信号控制

⏰ 时间处理 (Time)

  • 高精度时钟 - 多种时钟源
  • 时间点/时长 - 时间计算
  • 日期时间 - 日历操作
  • 范围计时 - 代码块执行时间测量

🛠️ 工具库 (Utility)

  • Optional - 可选值处理
  • Variant - 类型安全联合体
  • Expected - 错误处理
  • Any - 类型擦除容器
  • Tuple - 编译期元组
  • Color - RGB 颜色操作
  • Scope 操作 - 作用域守卫
  • 数值信息 - 数值极限信息
  • 数学比率 - 编译期比率计算
  • UUID - UUID v4/v7 生成器
  • 端序操作 - 大小端转换
  • 断点调用 - 调试断点触发

🔍 反射系统 (Reflection)

  • 反射注册表 - 类型反射与元信息管理
  • 类型信息 - 运行时类型查询

🧬 类型与特性 (TypeInfo)

  • 类型萃取 - 编译期类型判断
  • 概念约束 - C++20 概念支持
  • 类型检查 - 运行时类型信息
  • CRTP 静态多态 - 零开销接口统一

💾 内存管理 (Memory)

  • 智能指针 - shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr
  • 原子智能指针 - atomic<shared_ptr/weak_ptr> 无锁操作
  • 内存视图 - 安全内存访问
  • 构造/析构工具 - 对象生命周期管理
  • 内存跟踪 - 调试用内存监控
  • 标准分配器 - 基于编译器特性的策略特化分配器
  • 空基类压缩 - compressed_pair 优化

📦 压缩 (Compress)

  • lz4 压缩 - 高速数据压缩/解压
  • zlib 压缩 - 通用数据压缩/解压

🔌 插件系统 (Plugin)

  • 动态插件管理 - 运行时加载卸载插件
  • 插件接口 - 标准化插件开发

❗ 异常处理 (Exception)

  • 异常指针 - 跨线程异常传递
  • 终止处理 - 程序终止管理
  • 异常系统 - 标准异常体系

📐 算法库 (Algorithm)

  • 标准算法 - sort、find、transform 等
  • 并行算法 - 并行执行策略
  • 数值算法 - 数值计算与累加
  • 堆算法 - 堆操作与优先级队列
  • 范围操作 - ranges 库支持
  • 哈希算法 - 多种哈希函数实现
  • 位操作 - 位操作函数系列

📊 数学库 (Math)

  • 数学常量 - 常用数学常数
  • 数学函数 - 超越函数与数值计算
  • 随机数生成 - LC、梅森旋转、硬件噪声算法

🔧 编译指南

📋 前置依赖

类型 依赖 版本要求
🔨 构建工具 CMake 3.19+
📦 包管理器 vcpkg Latest
🎨 代码格式化 clang-format 19+
🔍 静态分析 clang-tidy 19+
⚠️ 必选依赖 GTest 1.17.0#2
pcre2 10.47
OpenSSL 3.6.1#2
📦 可选依赖 libpq 16.9#3
libmysql 8.0.40#1
sqlite3 3.51.2
hiredis 1.3.0
lz4 1.10.0
zlib 1.3.1

🏗️ 编译步骤

💡 您可以在项目根目录的 config.json 中更改对外配置项以进行个性化编译。

🪟 Windows

# 克隆最新发布版
git clone --depth 1 https://github.com/aurora250/NexusForce.git
cd NexusForce
# 创建构建目录
mkdir build && cd build
# 编译选项配置
cmake .. -G "Visual Studio 17 2022" -A x64
# 编译
cmake --build . --config Release
# 安装到系统目录
cmake --install . --config Release

🐧 Linux

# 克隆最新发布版
git clone --depth 1 https://github.com/aurora250/NexusForce.git
cd NexusForce
# 创建构建目录
mkdir build && cd build
# 编译选项配置
cmake ..
# 编译
make -j$(nproc)
# 安装到系统目录
sudo make install

📚 文档

完整 API 文档请访问 NexusForce 文档网站

⚖️ 协议

本项目基于 [MIT 开源协议](LICENSE) 发布。

📝 更新日志

详细更新记录请参见 CHANGELOG

👥 贡献者

感谢所有为本项目做出贡献的开发者！查看 CONTRIBUTORS 获取完整名单。

📌 TODO

  • 📊 Google Benchmark 性能基准测试
  • ⚡ 热点代码优化
  • 🍎 支持 macOS 平台
  • 🖥️ 支持 ARM / RISC-V / LOONG ARCH 架构