【C/C++ 13】C++11高效特性

目录

一、初始化列表

二、auto

三、decltype

四、可变参数列表

五、lambda表达式

C++11在C++98的基础上增添了许多特性，但是同时也使得C++程序的开发变得复杂繁琐，让众多开发者苦不堪言，于是我们需要从C++11新增舔的特性中选择一些能够提高开发效率的东西进行学习和应用。

一、初始化列表

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;
}

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，但是这样一来，C++代码就有些显得花里胡哨了，为了和C++98更兼容，建议在对列表进行初始化时都加上等号。

但是C++11的初始化列表在new表达式中非常方便，我们只在new表达式中使用C++11初始化列表即可。

#include <iostream>
using namespace std;int main()
{int* arr1 = new int[3]{ 0 };int* arr2 = new int[3]{ 1, 2, 3 };for (int i = 0; i < 3; ++i)cout << arr1[i] << ' ';// 0 0 0cout << endl;for (int i = 0; i < 3; ++i)cout << arr2[i] << ' ';// 1 2 3return 0;
}
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{auto il = { 10, 20, 30 };cout << typeid(il).name() << endl;// class std::initializer_list<int>return 0;
}
// std::initializer_list
// This type is used to access the values in a C++ initialization list, 
// which is a list of elements of type const T.// std::initializer_list一般是作为构造函数的参数。
// C++11对STL中的不少容器就增加std::initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。
// 也可以作为operator = 的参数，这样就可以用大括号赋值。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{// 初始化列表对STL容器初始化构造vector<int> arr = { 1, 2, 3 };for (int i = 0; i < arr.size(); ++i)cout << arr[i] << ' ';// 1 2 3return 0;
}

二、auto

C++11中 auto 用于实现自动类型推断，常应用于迭代器和范围for循环中。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;int main()
{int i = 10;auto p = &i;cout << typeid(p).name() << endl;	// int *map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"}, {"delete", "删除"} };//map<string, string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();		// 迭代器类型while (it != dict.end()){cout << "<" << it->first << ", " << it->second << ">" << ' ';	// delete, 删除++it;}cout << endl;// 范围for循环for (const auto& e : dict)cout << "<" << e.first << ", " << e.second << ">" << ' ';	// delete, 删除return 0;
}

三、decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
void F(T1 x, T2 y)
{decltype(x * y) ret;cout << typeid(ret).name() << endl;
}int main()
{const int x = 1;double y = 2.5;decltype(x * y) ret;decltype(&x) p;cout << typeid(ret).name() << endl;		// doublecout << typeid(p).name() << endl;		// int const *F(1, 'a');		// intreturn 0;
}

四、可变参数列表

C++11的可变参数模板能够创建可以接受可变参数的函数模板和类模板，相比于C++98类模板只能含固定数量的模版参数，可变模版参数无疑是一个巨大的改进。

// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}/*
上面的参数args前面有省略号，所以它就是一个可变模版参数，我们把带省略号的参数称为“参数包”，
它里面包含了0到N（N >= 0）个模版参数。我们无法直接获取参数包args中的每个参数的，
只能通过展开参数包的方式来获取参数包中的每个参数，
这是使用可变模版参数的一个主要特点，也是最大的难点，即如何展开可变模版参数。
由于语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数，所以我们的用一些奇招来一一获取参数包的值。
*/
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;// 递归方式展开参数包
template<class T>
void ShowList(const T& value)
{cout << value << endl;
}template <class T, class ...Args>
void ShowList(T value, Args... args)
{cout << value << " ";ShowList(args...);
}int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'a');ShowList(1, 'a', string("test"));return 0;
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;// 逗号表达式展开参数包
template<class T>
void PrintArgs(T t)
{cout << t << ' ';
}template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{int arr[] = { (PrintArgs(args), 0)... };cout << endl;
}int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'a');ShowList(1, 'a', string("test"));return 0;
}/*这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的，PrintArg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种就地展开参数包的方式实现的关键是逗号表达式，我们知道逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式。expand函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行PrintArg(args)，再得到逗号表达式的结果0。同时还通过初始化列表来初始化一个变长数组，{(PrintArg(args), 0)...}将会展开成((PrintArg(arg1),0), (printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc... )最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof...(Args)]。于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分PrintArg(args)打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了，这个数组的目的纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包。
*/

五、lambda

C++11的 lambda 表达式，实际上是一个匿名函数，熟练使用 lambda 表达式，可以极大地提升编程效率。

// lambda表达式语法
[capture-list](parameters)mutable->return-type{statement}// [capture-list]：捕捉列表，捕捉上下文中的变量供lambda使用
// (parameters)：参数列表
// mutable：取消lambda函数的默认常性，使用该修饰符时参数列表不可省略
// ->return-type：返回值类型，可省略由编译器推导
// {statement}：函数体，除了可以使用参数列表的变量，还可以使用捕捉到的变量

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>
using namespace std;int main()
{// 最简单的lambda表达式auto func1 = [] {};func1();// 省略参数列表，返回值由编译器推导int a = 3, b = 4;auto func2 = [=] {cout << a + b << endl; };func2();auto func3 = [&](int c) {b = c + a; };func3(10);cout << "b = " << b << endl;cout << [=, &b](int c)->int {return b += a + c; }(10) << endl;auto func4 = [b](int a)mutable {b %= 10; return b + a; };cout << func4(5) << endl;return 0;
}/*
捕获列表说明：1. [var]：表示值传递方式捕捉变量var2. [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)3. [&var]：表示引用传递捕捉变量var4. [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)5. [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针注意：1. 父作用域指包含lambda函数的语句块2. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割3. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误4. lambda表达式之间不能相互赋值
*/

从原理上看，编译器对于lambda表示式的实现方式，就是将其作为仿函数实现的，而仿函数的实现原理就是对 operator() 进行重载。也就是说，如果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()。 

从代码编写角度来说，使用lambda表达式效率更高。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>
using namespace std;class Salary
{
public:Salary(int money): _money(money){}int operator()(int month){return _money * month;}private:int _money;
};int main()
{int money = 3000;int month = 5;Salary a(money);cout << a(month) << endl;auto func = [=] {return money * month; };cout << func() << endl;
}

六、包装器

function 包装器也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>
using namespace std;template<class F, class T>
T UseF(F f, T t)
{static int count = 0;cout << "count: " << ++count << endl;cout << "count: " << &count << endl;return f(t);
}double func(double x)
{return x / 2;
}struct Func
{double operator()(double x){return x / 3;}
};int main()
{// 函数名cout << UseF(func, 11.11) << endl;// 函数对象cout << UseF(Func(), 11.11) << endl;// lambda表达式cout << UseF([](double x) {return x / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}// 由运行结果可见，UseF函数模板实例化了三份。
// 每出现一种新的函数定义，通过UseF调用就会使UseF实例化一个新的对象，这会导致效率低下。
// 包装器的出现就是为了解决这个问题。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;// 通过包装器提高模板函数的效率
template<class F, class T>
T UseF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}double func(double x)
{return x / 2;
}struct Func
{double operator()(double x){return x / 3;}
};class Plus
{
public:static int plusi(int a){return a + 1;}double plusd(double a){return a + 1;}
};int main()
{// 函数名std::function<double(double)> f1 = func;cout << UseF(f1, 11.11) << endl;// 函数对象std::function<double(double)> f2 = Func();cout << UseF(f2, 11.11) << endl;// lambda表达式std::function<double(double)> f3 = [](double x) {return x / 4; };cout << UseF(f3, 11.11) << endl;// 类的成员函数std::function<double(Plus, double)> f4 = &Plus::plusd;cout << f4(Plus(), 11.11) << endl;return 0;
}

std::bind 是一个函数模板，它就像一个函数包装器(适配器)，接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

可以将bind函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

调用bind的一般形式：auto newCallable = bind(callable,arg_list);

其中，newCallable本身是一个可调用对象，arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable,并传给它arg_list中的参数。

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1// 使用举例
#include <iostream>
#include <functional>int Plus(int a, int b)
{return a + b;
}class Sub
{
public:int sub(int a, int b){return a - b;}
};int main()
{//表示绑定函数plus 参数分别由调用 func1 的第一，二个参数指定std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);//auto func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);//func2的类型为 function<void(int, int, int)> 与func1类型一样//表示绑定函数 plus 的第一，二为： 1， 2auto func2 = std::bind(Plus, 1, 2);std::cout << func1(1, 2) << std::endl;std::cout << func2() << std::endl;Sub s;// 绑定成员函数std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, s,std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);// 参数调换顺序std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, s,std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);std::cout << func3(1, 2) << std::endl;std::cout << func4(1, 2) << std::endl;return 0;
}

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