C++11、C++14、C++17、C++20常用新特性

2023-03-10 11:03:44 常用新特性

C++11

自动类型推断（auto关键字）：C++11引入了auto关键字，可以根据变量初始值自动推导出变量类型。例如：

auto i = 42;  // i被推导为int类型
auto d = 3.14;  // d被推导为double类型

基于范围的for循环（range-based for loop）：可以方便地遍历容器中的元素，例如：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto& i : v) {
    i *= 2;
}

lambda表达式：lambda表达式可以用来定义匿名函数，方便地传递函数对象，例如：

auto f = [](int x, int y) -> int { return x + y; };
int result = f(3, 4);  // result = 7

移动语义和右值引用（move semantics和rvalue references）：通过右值引用可以实现资源的有效移动而不是复制，提高程序的效率，例如：

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v2 = std::move(v1);  // v2接管了v1的资源，v1变为无效状态

智能指针（smart pointers）：C++11引入了三种智能指针：unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr，可以更好地管理动态内存，避免内存泄漏和悬空指针，例如：

std::unique_ptr<int> p(new int(42));
std::shared_ptr<int> q = std::make_shared<int>(42);
std::weak_ptr<int> r = q;

空指针常量（nullptr）：C++11引入了nullptr关键字，用于表示空指针，避免了NULL宏带来的一些问题，例如：

void f(int* p) {}
f(nullptr);  // 可以显式地传递空指针

右值引用与移动构造函数：右值引用可以方便地实现移动构造函数和移动赋值运算符，用于高效地处理临时对象和避免复制开销，例如：

class MyVector {
public:
    MyVector(MyVector&& other) noexcept {
        // 移动构造函数
    }
    MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept {
        // 移动赋值运算符
        return *this;
    }
};

初始化列表：可以方便地初始化数组和容器，例如：

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
std::map<std::string, int> m = {{"one", 1}, {"two", 2}, {"three", 3}};

类型别名（type alias）：可以使用using关键字定义类型别名，例如：

using IntVec = std::vector<int>;
IntVec v = {1, 2, 3, 4, 5};

模板别名（template alias）：可以使用using关键字定义模板别名，例如：

template <typename T>
using Vec = std::vector<T>;
Vec<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

constexpr函数和变量：可以在编译期计算出值，例如：

constexpr int fib(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : fib(n-1) + fib(n-2);
}
constexpr int x = fib(10);  // 编译期计算出x的值为89

变长参数模板（variadic templates）：可以接受任意数量和类型的参数，例如：

template <typename... Args>
void print(Args... args) {
    std::cout << sizeof...(args) << std::endl;  // 打印参数个数
}
print(1, 2, 3);  // 打印3
print("hello", 3.14);  // 打印2

C++14

泛型lambda表达式：可以使用auto关键字在lambda表达式中推断参数类型，例如：

auto sum = [](auto x, auto y) { return x + y; };
std::cout << sum(1, 2) << std::endl;  // 输出3
std::cout << sum(1.5, 2.5) << std::endl;  // 输出4.0

return type deduction for nORMal functions（函数返回类型推断）：可以使用auto关键字让编译器自动推断函数的返回类型，例如：

auto add(int x, int y) {
    return x + y;  // 返回类型会自动推断为int
}

模板变量（template variable）：可以使用关键字template定义模板变量，例如：

template <typename T>
constexpr T pi = T(3.1415926535897932385);
std::cout << pi<double> << std::endl;  // 输出3.14159...

静态断言（static_assert）的增强：可以在静态断言中加入一个字符串提示，例如：

static_assert(sizeof(int) == 4, "int必须是4字节");  // 如果sizeof(int)不等于4，会输出提示信息

字符串字面量的增强：可以使用单引号（'）包围字符，例如：

constexpr char operator""_c(char c) { return c; }  // 将字符转化为字符
std::cout << 'a'_c << std::endl;  // 输出字符'a'

按值捕获的增强：可以使用关键字init来对按值捕获的变量进行初始化，例如：

int x = 1, y = 2;
auto f = [x, y = x + 1] { return x + y; };
std::cout << f() << std::endl;  // 输出4

变量模板（variable template）：可以使用关键字template定义变量模板，例如：

template <typename T>
constexpr T pi = T(3.1415926535897932385);
std::cout << pi<double> << std::endl;  // 输出3.14159...

内存模型的增强：增加了对内存模型的规定，例如：

std::atomic<int> x = 0;  // 原子变量
#pragma omp parallel for
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
    x.fetch_add(1);  // 线程安全的对x进行加一操作
}
std::cout << x << std::endl;  // 输出1000

C++17

结构化绑定（Structured Binding）：可以使用auto关键字对一个结构体或元组进行结构化绑定，例如：

std::pair<int, int> p = {1, 2};
auto [x, y] = p;  // 结构化绑定
std::cout << x << " " << y << std::endl;  // 输出1 2

if语句和switch语句的初始化：可以在if语句和switch语句的判断条件中进行变量初始化，例如：

if (int x = get_value(); x > 0) {  // 在if语句中初始化变量x
    std::cout << "x is positive" << std::endl;
}

类模板的参数推断（Class Template Argument Deduction，CTAD）：可以让编译器自动推断类模板的模板参数，例如：

std::pair p{1, 2};  // 编译器可以自动推断出std::pair<int, int>

constexpr if：可以在编译期进行条件判断，根据判断结果选择不同的代码路径，例如：

template <typename T>
void foo(T t) {
    if constexpr (std::is_pointer_v<T>) {  // 如果T是指针类型
        std::cout << "t is a pointer" << std::endl;
    } else {  // 如果T不是指针类型
        std::cout << "t is not a pointer" << std::endl;
    }
}

折叠表达式（Fold Expression）：可以使用折叠表达式来简化代码，例如：

template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...);  // 对args进行折叠求和
}
std::cout << sum(1, 2, 3, 4) << std::endl;  // 输出10

内联变量（Inline Variable）：可以使用inline关键字来定义内联变量，例如：

inline int x = 1;  // 定义一个内联变量x，初始值为1

嵌套命名空间（Nested Namespace）：可以在命名空间中嵌套命名空间，例如：

namespace A {
    namespace B {
        void foo() {
            std::cout << "hello, world!" << std::endl;
        }
    }
}
A::B::foo();  // 调用函数foo

C++20

概念（Concepts）：概念是一种新的语言结构，可以用来描述模板参数的要求，例如：

template <typename T>
concept Integral = std::is_integral_v<T>;
template <typename T>
void foo(T t) requires Integral<T> {  // 使用概念描述模板参数要求
    std::cout << t << std::endl;
}
foo(1);  // 调用foo函数

三方合并运算符（Three-way Comparison Operator）：可以使用<=>运算符对两个对象进行三方比较，例如：

struct Point {
    int x, y;
    auto operator<=>(const Point& other) const {
        return std::tie(x, y) <=> std::tie(other.x, other.y);
    }
};
bool operator==(const Point& lhs, const Point& rhs) {
    return lhs.x == rhs.x && lhs.y == rhs.y;
}
std::set<Point> s{{1, 2}, {2, 1}, {1, 1}, {2, 2}};
for (const auto& p : s) {
    std::cout << p.x << ", " << p.y << std::endl;
}

输出结果为：

1, 1
1, 2
2, 1
2, 2

初始化的捕获列表（Init-Capture）：可以在lambda表达式的捕获列表中进行初始化，例如：

int x = 1;
auto lambda = [value = x * 2]() {  // 在捕获列表中初始化变量value
    std::cout << value << std::endl;
};
lambda();  // 调用lambda表达式

consteval函数：可以在编译期计算表达式的值，例如：

consteval int get_value() { return 42; }  // 定义一个在编译期计算的函数
std::array<int, get_value()> arr;  // 在编译期创建一个大小为42的数组

模块（Modules）：可以使用模块来管理和组织代码，替代传统的头文件包含方式，例如：

// 定义一个模块
module my_module;
export void foo() {
    std::cout << "hello, world!" << std::endl;
}
 
// 使用模块
import my_module;
int main() {
    foo();  // 调用函数foo
    return 0;
}

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