【C++庖丁解牛】C++11---统一的列表初始化 | auto | decltype | nullptr | STL中一些变化

🍁你好，我是 RO-BERRY
📗 致力于C、C++、数据结构、TCP/IP、数据库等等一系列知识
🎄感谢你的陪伴与支持 ，故事既有了开头，就要画上一个完美的句号，让我们一起加油

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目录

  • 1. C++11简介
  • 2. 统一的列表初始化
    • 2.1 ｛｝初始化
    • 2.2 std::initializer_list
      • std::initializer_list的介绍文档：
      • **std::initializer_list是什么类型：**
      • std::initializer_list的应用场景：
  • 3. 声明
    • 3.1 auto
    • 3.2 decltype
    • 3.3 nullptr
  • 4.STL中一些变化

1. C++11简介

🍁在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。

🍁不过由于C++03(TC1)主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并称为C++98/03标准。

🎄从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准珊珊来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，我们这里没办法一 一讲解，所以主要讲解实际中比较实用的语法。

C++11是C++的第二个主要版本，也是自C++98以来最重要的更新。引入了大量的更改，以标准化现有实践并改进C++程序员可用的抽象。
在2011年8月12日最终获得ISO批准之前，使用了名称“C++0x”，因为它预计将在2010年之前发布。从C++03到C++11花了8年时间，因此它已成为迄今为止版本之间最长的间隔。从那时起，目前，C++每3年定期更新一次。

语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本

版本内容
C with classes类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等
C++2.0更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++03C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性
C++05C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等
C++20自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等
C++23制定ing

C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所有大家不用追求最新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更新的特性。

✨小故事：

1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年视实际需要更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++ 03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++ 07。但是到06年的时候，官方觉得2007年肯定完不成C++ 07，而且官方觉得2008年可能也完不成。最后干脆叫C++ 0x。x的意思是不知道到底能在07还是08还是09年完成。结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准。所以最终定名为C++11。

2. 统一的列表初始化

2.1 ｛｝初始化

  1. 在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：
struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5] = { 0 };Point p = { 1, 2 };return 0;
}
  1. C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加。
struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int x1 = 1;       //给x1赋值为1int x2{ 2 };      //给x2赋值为2int x3 = {3};     //给x3赋值为3int array[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; //原版本int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 }; int array2[5]{ 0 };Point p{ 1, 2 };// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中int* pa = new int[4]{ 0 };return 0;
}
  1. 创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化
class Date
{
public:Date(int year, int month, int day):_year(year), _month(month), _day(day){cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1(2024, 1, 1); // 原版本C++98的构造// 以下是C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化Date d2{ 2024, 1, 2 };Date d3 = { 2024, 1, 3 };return 0;
}

这三种列表初始化都可以进行支持

总之C++11的特性就是一切皆可用{ }初始化

2.2 std::initializer_list

🎄Date类型的实例构造就是调用其内部的构造函数
🎄vector容器的实例构造则是使用了initializer_list

他们都是进行了构造，但是Date调用拷贝构造需要按照构造函数传入三个参数，vector可以传入无数个参数，因为vector调用的是initializer_list的构造

//我们经常使用这种方式初始化vector
vector<int> v = {1, 2, 3}
//这里右边其实就是使用了initializer_list

在这里插入图片描述

std::initializer_list的介绍文档：

http://www.cplusplus.com/reference/initializer_list/initializer_list/

std::initializer_list是什么类型：

在这里插入图片描述

可以看到initializer_list其实是一个模版，我们传入什么类型的数据他就会是什么样的类型

int main()
{// the type of il is an initializer_list auto il = { 10, 20, 30 };initializer_list<int> il2 = { 1 ,2  ,3 };   //这两个初始化是一样的cout << typeid(il).name() << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

int main()
{// the type of il is an initializer_list auto il = { 1.1 ,1.2  ,1.3 };cout << typeid(il).name() << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

🍁可以理解为initializer_list为C++11新增的一个容器，但是这个容器和我们以前讲述的容器不一样，这个容器不实际存储数据

  1. 但请注意，该模板类不是隐式定义的，即使隐式使用了类型，也应包括头＜initializer_list＞来访问它。
  2. initializer_list对象是自动构建的，就好像分配了一个T类型的元素数组一样，使用任何必要的非收缩隐式转换，将列表中的每个元素复制初始化为数组中的相应元素。
  3. initializer_list对象引用该数组的元素而不包含这些元素：复制initializer_list对象会生成另一个引用相同底层元素的对象，而不是引用它们的新副本（引用语义）。
  4. 此临时数组的生存期与initializer_list对象的生存期相同。

std::initializer_list的应用场景：

  1. 初始化容器：std::initializer_list用于初始化各种容器，如std::vector、std::list、std::set等。通过使用花括号{}来创建一个std::initializer_list对象，并将其作为容器的构造函数参数，可以方便地初始化容器中的元素。

具体可以看文档：

http://www.cplusplus.com/reference/list/list/list/
http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/
http://www.cplusplus.com/reference/map/map/map/
http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/operator=/

  1. 函数参数：std::initializer_list可以作为函数的参数，用于接收可变数量的参数。这样可以方便地传递一组值给函数，并在函数内部进行处理。例如，可以使用std::initializer_list来实现一个可变参数的打印函数。

  2. 初始化自定义对象：如果一个类具有接受std::initializer_list作为构造函数参数的构造函数，那么可以使用花括号{}来初始化该类的对象。这样可以方便地为自定义对象提供一组初始值。

3. 声明

c++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

3.1 auto

😶在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。

😶C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

int main()
{int i = 10;auto p = &i;auto pf = strcpy;cout << typeid(p).name() << endl;cout << typeid(pf).name() << endl;map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };//map<string, string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();return 0;
}

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3.2 decltype

🍁decltype是C++11引入的一个关键字，用于获取表达式的类型。它可以在编译时推导出表达式的类型，并将其作为返回值类型或变量的类型。decltype的语法如下：

decltype(expression)

🎄其中，expression是一个表达式，可以是变量、函数调用、运算符等。
使用decltype可以方便地获取表达式的类型，特别是在模板编程中非常有用。它可以避免手动指定类型，减少代码冗余和错误。

例如，假设有一个变量x，我们可以使用decltype来获取x的类型：

int x = 10;
decltype(x) y; // y的类型为int

另外，decltype还可以用于推导函数返回值类型，例如：

int foo();
decltype(foo()) result; // result的类型为int

总结一下，decltype是C++11引入的关键字，用于获取表达式的类型。它可以在编译时推导出表达式的类型，并将其作为返回值类型或变量的类型。

template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{decltype(t1 * t2) ret;cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{const int x = 1;double y = 2.2;decltype(x) z = 1;		 // ret的类型是intdecltype(x * y) ret; // ret的类型是doubledecltype(&x) p;      // p的类型是int*cout << typeid(z).name() << endl;cout << typeid(ret).name() << endl;cout << typeid(p).name() << endl;F(1, 'a');return 0;
}

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注意：

const 修饰int、double等类型在使用decltype后const会消失
const 修饰指针时使用decltype后const会依旧存在

3.3 nullptr

🍁在C++中，nullptr是一个特殊的关键字，用于表示空指针。它的设计意义在于解决了C语言中NULL的一些问题。

  1. 首先，nullptr的引入消除了C语言中NULL的二义性。在C语言中，NULL被定义为0，但0也可以表示整数的零值。这就导致了在某些情况下，编译器无法确定NULL到底是指针类型还是整数类型。而nullptr则明确表示一个空指针，消除了这种二义性。

  2. 其次，nullptr可以提高代码的可读性和安全性。使用nullptr可以明确地表示一个空指针，使得代码更加清晰易懂。同时，使用nullptr还可以避免一些潜在的错误，比如将整数值错误地赋给指针变量。

  3. 最后，nullptr还可以与函数重载一起使用，用于区分不同的函数重载。在C++中，函数重载是指在同一个作用域内定义多个同名函数，但它们的参数类型或参数个数不同。当我们调用这些重载函数时，如果传入一个空指针作为参数，编译器可以根据nullptr的类型来确定调用哪个重载函数。

总结一下，nullptr在C++中的设计意义主要有三点：消除NULL的二义性、提高代码可读性和安全性、与函数重载一起使用。

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL   0
#else
#define NULL   ((void *)0)
#endif
#endif

4.STL中一些变化

新容器
用橘色圈起来是C++11中的一些几个新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这两个我们前面已经进行了非常详细的讲解，其他的大家了解一下即可。

在这里插入图片描述
容器中的一些新方法

  • 如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法，但是其实很多都是用得
    比较少的。
  • 比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等，但是实际意义不大，因为begin和end也是
    可以返回const迭代器的，这些都是属于锦上添花的操作。
  • 实际上C++11更新后，容器中增加的新方法最后用的插入接口函数的右值引用版本：

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/emplace_back/
http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/
http://www.cplusplus.com/reference/map/map/insert/
http://www.cplusplus.com/reference/map/map/emplace/

但是这些接口到底意义在哪？网上都说他们能提高效率，他们是如何提高效率的？
请看下面的右值引用和移动语义章节的讲解。另外emplace还涉及模板的可变参数，也需要再继
续深入学习后面章节的知识。

总结：
STL的一些变化：

  1. 新容器
  1. unerdered_xxx 用处很大
  2. array/forward_list 用处相见一般
  1. 新接口
  1. 无关痛痒的接口–cbegin等
  2. initializer_list系列的构造(重要)
  3. push_xxx/insert/emplace等增加优质应用插入版本意义重大，提高效率
  4. 容器新增移动构造和移动赋值，也可以减少拷贝，提高效率

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