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NexusForce
📖 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**的工业级现代 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。
🖥️ 支持环境
| 项目 | 详情 |
|---|---|
| 操作系统 | 🪟 WINDOWS / 🐧 LINUX |
| 架构 | X86 / ARM / RISC-V (LINUX) / LOONGARCH (LINUX) |
| 位宽 | 64位 |
| 编译器 | MSVC (Windows) / ClangCL (Windows) / Clang (Windows, Linux) / GCC (Linux) |
| C++ 标准 | 14 / 17 / 20 |
本库欢迎开发者进行更多环境的兼容性开发，欢迎您进行贡献。
✨ 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 | 18万+ 行 | 核心库源码与头文件 11万+ 行，测试代码 6万+ 行 |
| 🔒 CodeQL 安全分析 | 0 漏洞 | 全规则集 |
| 🔍 Clang-Tidy 静态检查 | 零警告 | 全规则集 |
| 🎨 Clang-Format 代码风格 | 强制统一 | 配置严格，格式统一 |
| 💧 动态内存检查 | 0 泄漏 | 全量测试 |
.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 |
|---|---|---|
| HTTP 与 WebSocket | RFC 9110 / RFC 9112 (HTTP/1.1), RFC 7540 / RFC 7541 (HTTP/2, HPACK), RFC 6265 (Cookie), RFC 6455 / RFC 7692 (WebSocket, permessage-deflate), RFC 6066 (SNI), W3C Fetch CORS | HTTP/1.1 语义与路由、HTTP/2 帧层与 HPACK 头部压缩、Range 请求、响应压缩、CONNECT 隧道、Cookie 与 CSRF、CORS 跨域策略、WebSocket 升级/帧协议/permessage-deflate 压缩、SNI 多证书 |
| DNS 客户端 | RFC 1034, RFC 1035, RFC 2181, RFC 6891, RFC 3596, RFC 2782 | DNS 协议客户端，A/AAAA/MX/SRV/PTR 记录查询、UDP/TCP 传输自动切换与 TTL 缓存管理 |
| ICMP 协议 | RFC 792 (STD 5), RFC 1122, RFC 4884, IANA ICMP 参数注册表 | Ping (Echo Request/Reply) 与 Traceroute (Time Exceeded) 网络诊断，含 RFC 1071 校验和算法 |
| SMTP 协议 | RFC 5321 (STD 10), RFC 5322, RFC 3207 (STARTTLS), RFC 8314 (隐式 TLS), RFC 4954 (AUTH), RFC 2045–2047 (MIME) | 邮件传输与消息格式，支持 PLAIN/LOGIN 认证、STARTTLS/隐式 TLS 加密及 MIME 多部分消息 |
| MAC 地址 | IEEE 802-2014, IEEE 802.3-2022, RFC 7042 | 48 位 EUI-48 地址解析与格式化，支持单播/多播/本地管理地址识别与标准十六进制表示 |
| 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 | 知名端口分配 |
| UUID 生成 | RFC 4122, RFC 9562 | UUID v4（随机）与 v7（时间有序）生成规范 |
📁 配置文件格式
| 组件 | 遵循标准 | 说明 |
|---|---|---|
| JSON RFC 8259 | RFC 8259, ECMA-404:2017 | JSON 六种值类型、UTF-8 编码、IEEE 754-2019 双精度数字与字符串转义序列 |
| TOML 1.0.0 | TOML v1.0.0 | 包含日期时间格式遵循 RFC 3339 / ISO 8601 |
| YAML 1.2 | YAML 1.2.2, RFC 8259, RFC 3339, IEEE 754-2019 | YAML 1.2 是 JSON 严格超集，支持八种核心值类型、五种字符串标量样式、锚点别名与标签系统 |
| SQL | ISO/IEC 9075 (SQL-92 及后续版本) | 生成符合 ANSI SQL 与支持数据库方言的语句 |
🔐 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） |
| ChaCha20-Poly1305 AEAD | IETF RFC 8439 | ChaCha20 流密码 + Poly1305 认证器，AEAD 认证加密，支持关联数据（AAD） |
| 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 |
| Base64 编码 | RFC 4648 §4, RFC 4648 §5 | 标准与 URL 安全 Base64 编解码，严格填充规则与非法字符检测 |
🔤 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 |
| 字节大小单位 | IEC 80000-13:2008, IEEE 1541-2021, BIPM SI Brochure (9th Ed.) | 二进制前缀 (KiB/MiB/GiB) 与十进制前缀 (kB/MB/GB) |
📐 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 | 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 |
| 布隆过滤器 | Bloom (1970), Broder & Mitzenmacher (2004), Kirsch & Mitzenmacher (2006) | 双哈希优化的概率性集合成员查询结构，O(k) 插入/查询，支持最优参数 (m, k) 推导与误报率估算 |
⚙️ 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 |
🎨 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 |
所有涉及上述标准的组 (group)，均在其注释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)
- thread_pool - 基于 NUMA 感知任务窃取与多策略定制的高性能线程池，性能测试详见 线程池性能测试记录
- io_context - 异步 I/O 执行上下文，统一事件循环、定时器与取消模型
- cancellation_slot - 支持 async_connect / async_read / async_write 可中断异步 I/O
- timer_scheduler/basic_timer - 基于红黑树的定时任务调度，支持任务取消标志
- async_stream - 异步流抽象接口，统一读写协议
- async_read() / async_write() - 自由函数组合器，基于 shared_from_this 自动处理部分读写重试
- thread_pool_executor - 将 thread_pool::submit_task() 适配为标准 executor 接口
- generator/task - 协程原语和任务生成器
- virtual_thread - C#风格的轻量级协程
- connection/signal/signal_base - 观察者模式的信号槽，signal_base 提供类型擦除基类支持反射驱动的动态连接
- call_once - 基于FUTEX的多线程单次调用实现
- 停止令牌 - 可取消的异步操作 stop_token/stop_source/stop_callback
- 同步原语 - 互斥锁 mutex、读写锁 shared_mutex、信号量 semaphore/atomic_semaphore、线程屏障 barrier与闩锁 latch
- 原子操作 - 原子类型 atomic、原子FUTEX atomic_futex、全局原子操作函数体系
- 多策略线程 - 通用线程 thread、携带停止令牌的作用域线程 scope_thread、手动开启的惰性线程 lazy_thread
- 基本异步模型 - async 及其配套的 future/promise/packaged_task 结构
- 危险指针 - 无锁数据结构的内存管理 hazard_ptr/hazard_pointer_domain
📦 容器 (Container)
- 标准容器 - array/vector/list/deque/map/set/unordered_map/unordered_set/sparse_map/sparse_set/flat_unordered_map/flat_unordered_set 等
- rb_tree - 自平衡二叉搜索树实现
- hashtable - 链地址法哈希表
- flat_hashtable - SwissTable 开放寻址平坦哈希表，H2 预过滤 + SIMD 批量探测
- bloom_filter - 概率性数据结构
- lru_cache/ttl_cache - 基于最近最少使用/过期时间的缓存策略
- buffer_chain - 零拷贝链式缓冲区，支持 writev 聚合输出
- sparse_vector - 基于排序扁平数组的关联容器，O(log n) 二分查找，O(1) 缓存友好迭代
- bitmap/bitset - 高效位操作容器
🔐 加密与安全 (Encrypt)
- AES-256 - 高级加密标准实现
- ChaCha20-Poly1305 - ChaCha20-Poly1305 AEAD 认证加密，支持 AAD
- SHA-1/SHA-256 - 安全哈希算法
- MD5 - 消息摘要算法
- base64 - 二进制数据编码
📁 文件系统 (File)
- 路径/文件操作 - 路径/文件系统操作 path/path_tree/file/file_async/file_diff/file_locker/file_mapper
- file_async - 基于 io_context 与 io_uring 的异步文件 I/O，支持指定偏移量与取消槽
- file_watcher - 实时文件系统变更监控
- 配置文件解析 - JSON/TOML/YAML/INI/ENV 值系统、格式解析与流式构建
- temp_file - 安全的临时文件管理
🌐 网络库 (Network)
- HTTP/1.1 服务器 - 完整协议实现：http_server / http_router / http_filter 中间件链
- HTTP/2 支持 - 帧层与 HPACK 头部压缩（RFC 7540/7541），9 种帧类型，流状态机，流量控制，TLS+ALPN 协商
- Radix Tree 路由 - 基于压缩前缀树的 O(k) 路由匹配，支持静态路径、:param 参数、* 通配符、正则回退
- HTTP 高级特性 - Range 请求（206 单/多范围）、gzip/deflate 响应压缩、Chunked 分块传输、CONNECT 隧道
- multipart_parser / chunked_reader - 多部分表单解析与分块传输读取
- 会话管理 - 可插拔 session_store（内存/Redis），CSRF Double-Submit Cookie 防护，Session Fixation 防护
- 安全中间件 - csrf_filter CSRF 防护、http_security 安全响应头、http_cache HTTP 缓存策略
- WebSocket - RFC 6455/7692 全双工通信 websocket_session / websocket_server，事件驱动零线程模式
- WebSocket 压缩 - permessage-deflate（RFC 7692），窗口比特位协商与上下文接管控制
- HTTP 客户端 - http_client scheme 感知模式（https 自动 SSL），请求/响应处理
- TCP/UDP 套接字 - 高性能网络通信 tcp_socket / udp_socket，支持 async_connect() / async_read() / async_write() 异步操作
- SSL/TLS - 加密网络传输 ssl_context / ssl_stream，SNI 多证书管理 sni_manager，ALPN 协议协商
- dns_client - 域名解析，per-operation 异步状态对象架构，completion-token 异步 API（回调/取消槽/future/awaitable）
- io_context - 统一事件循环（Linux epoll 边缘触发 + min-heap 定时器），异步 I/O 回调驱动，取消模型
- async_filter - 异步 pre/post 过滤链框架
- byte_cursor - 无拷贝字节级协议解析游标，带边界检查与位级缓冲
- load_balancer - 连接池 + 轮询负载均衡
- FTP - FTP 服务器与客户端
- ICMP/SMTP - ICMP 和 SMTP 协议操作
- arp/mac_address/ip_address/ports/url - 网络编程工具
🗄️ 数据库 (DB)
- database_pool - 数据库连接复用与管理，支持 warm_up() 预热 / active_count() 活跃查询 / get_tb_connect_for() 自定义超时
- sql_builder - 标准 SQL 语句流式构建，支持**方言感知占位符**（Generic ? / PgSQL $N / Oracle :N）和**方言感知 DDL**（AUTO_INCREMENT / SERIAL / IDENTITY 自动适配）
- sql_mapper<T> - 反射驱动 ORM SQL 生成器，自动生成 DDL/DML 语句，支持方言感知
- repository<T, Connect> - 泛型 CRUD 仓库模板（find_all / find_by_pk / find_where / find_page / insert / update / remove / count）
- 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
- DB 属性注解 - PROP_PRIMARY_KEY / PROP_AUTO_INC / PROP_UNIQUE / PROP_INDEX / PROP_FOREIGN_KEY，反射系统与 ORM 共享元数据
📝 日志系统 (Logging)
- log_sink - 可扩展的日志输出目标
- file_sink - 日志文件管理与轮转
- log_formatter - 自定义日志格式
- logger - 线程池驱动的异步日志，支持 block/discard/overrun_oldest 三种溢出策略，有界环形队列、自动 drain 调度
🔤 字符串处理 (String)
- PCRE2 正则表达式 - 支持 JIT 的高效正则匹配 regex/match_result/regex_iterator/regex_token_iterator，支持拷贝
- Unicode 支持 - UTF 转换系统、码点操作类 codepoint、UTF-8 码点迭代器 utf8_iterator / utf8_view
- formatter/format - 类型安全的格式化输出，支持位置参数 {0} {1} 和命名参数 format_named()
- string_view - 大量使用字符串视图优化操作
- 数值转换 - 可扩展的字符串与数值互转体系
- Boyer-Moore-Horspool - 窄字符子串搜索加速
⚙️ 系统接口 (System)
- process - 进程创建与控制
- pipe - 管道创建与管理
- dynamic_library - 运行时库加载
- console - 高集成度的终端交互
- cmdline - 进程参数分析与操作
- stacktrace - 异常调试
- share_memory - 跨进程共享内存
- locale - 本地化设置与解析
- sysinfo - 硬件与 OS 信息
- environment - 环境变量操作
- system_signal_manager - 系统信号控制
- system_event - 系统事件管理
⏰ 时间处理 (Time)
- steady_clock / system_clock - 多种时钟源高精度时钟
- duration - 时间跨度计算
- date / time / datetime / timestamp - 日历操作
- scoped_click - 代码块执行时间测量
🛠️ 工具库 (Utility)
- 字面类型包装类 - 字面类型的高级封装
- optional - 可选值处理
- variant - 类型安全联合体
- expected - 错误状态处理
- any - 类型擦除容器
- pair/tuple - 编译期键值对/元组
- color - RGB 颜色操作
- scope_exit / scope_fail / scope_success - 作用域守卫
- 数值/字符信息 - 数值/字符类型信息获取
- ratio - 编译期比率计算
- uuid - UUID v4/v7 生成器
- compressed_pair - EBCO内存优化
🔍 反射系统 (Reflection)
- NFRS - 预编译代码生成器，扫描 NEFORCE_REFLECT_* 标记自动生成类型注册代码，支持增量扫描
- registry - 全局类型反射注册表，支持名称/type_id 双重查找、线程安全注册、动态信号槽连接 connect_signal_to_slot()
- meta_type - 运行时类型元数据：基类列表、属性/函数映射、构造/克隆工厂、枚举/容器信息、信号名称列表、动态属性注册 add_property()
- meta_property - 属性反射描述符，支持注解标志、变更通知信号
- meta_function - 成员函数/静态函数反射描述符，支持重载、参数提示与运行时 invoke() 调用
- meta_enum - 枚举反射：名称↔值双向查找、条目遍历
- type_builder - 链式API 类型构建器：基类注册、属性/函数/信号注册、构造/克隆/容器配置
- JSON 序列化器 - 反射驱动的对象↔JSON 序列化与反序列化，递归处理嵌套类型与容器
- 二进制序列化器 - 大端格式（Magic "NEBF" + 类型表 + 数据段），属性注解控制序列化行为
- 类型识别 - 基于 type_name 特化 + 编译器函数签名的 hash-based type_id，非侵入式类型注册
- 反射宏 - NEFORCE_REFLECT_OBJ / PROP / FUNC / SIGNAL / ENUM / ENUM_VAL 类体内标记，供 NFRS 扫描器识别
🖥️ 终端UI框架 (TUI)
- application - 应用入口，Builder 模式配置（主题/FPS/标题），驱动事件循环与动画计时器
- reconciler - 声明式渲染引擎，Cell 级终端帧差分与增量 ANSI 输出，焦点链遍历，鼠标命中测试与滚动条交互
- screen - 终端帧缓冲，逐 Cell 差分生成最小 ANSI 转义序列
- input_driver - 跨平台终端输入驱动，解析 ANSI/鼠标/UTF-8 序列
- element - 不可变虚拟元素树，14+ 节点类型，装饰器链式组合，完整 Flexbox + Gridbox 网格布局
- style / theme - 样式系统 + 语义化主题，预置暗色主题
- state<T> - 响应式状态管理，写操作自动脏标记 + strand 合并调度重渲染
- component_base / component<P> - 组件基类，焦点管理、上下文注入（provide_context/context，沿父链查找）、响应式状态工厂
- animator / easing - 属性动画器 + 缓动函数
🧬 类型与特性 (TypeInfo)
- 类型萃取 - 完备的编译期类型判断
- 概念约束 - 概念集支持
- check_type - 运行时可读的类型名
- CRTP 静态多态 - 全局统一的零开销接口
💾 内存管理 (Memory)
- shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr - 智能指针结构
- atomic<shared_ptr/weak_ptr> - 原子智能指针无锁操作
- memory_view - 安全内存访问
- 位/端序/字节流操作 - 内存状态修改
- 构造/析构工具 - 对象生命周期管理
- trace_allocator ** - 调试用内存监控
- **standard_allocator - 基于编译器特性的策略特化分配器
📦 压缩 (Compress)
- lz4 压缩 - lz4_compressor 高速数据压缩/解压
- zlib 压缩 - zlib_compressor 多策略通用数据压缩/解压
🔌 插件系统 (Plugin)
- 动态插件管理 - plugin_manager 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 - exception_ptr 跨线程异常传递
- 终止处理 - 多状态程序终止方式与对应回调
- 异常/错误码系统 - 自定义的异常与错误码体系
- 断点处理 - 调试断点触发与处理
📐 算法库 (Algorithm)
- 标准算法 - 基于迭代器系统的范围迭代算法
- 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 支持
- 哈希算法 - 多种哈希函数实现
📊 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 random_lcd / random_mt / secret
- 128位数学计算 - 128位有符号/无符号数值操作 int128_t / uint128_t
❓ 常见问题
关于 NexusForce 的定位、设计理念、功能选型等，参见 Q&A。
⚖️ 协议
本项目基于 MIT 开源协议 发布。
📝 更新日志
详细更新记录参见 CHANGELOG。
👥 贡献者
感谢所有为本项目做出贡献的开发者！参见 CONTRIBUTORS。
