C++ C++11

一.C++11

1.1 C++11的简介

  • 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。
  • C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，这里主要介绍实用且常用的语法。
  • C++11参考手册

1.2 列表初始化

1.2.1 {}初始化

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。

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(2022, 1, 1); // C++11以前// C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化Date d2{ 2022, 1, 2 };Date d3 = { 2022, 1, 3 };return 0;
}
1.2.2 std::initializer_list

std::initializer_list文档介绍

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operator=的参数，这样就可以用大括号赋值。

#include <initializer_list>
#include <iostream>
#include <vector>void print_integers(std::initializer_list<int> ilist)
{for (auto value : ilist){std::cout << value << " ";}
}int main()
{// 使用 initializer_list 初始化 vectorstd::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 直接传递给接受 initializer_list 的函数print_integers({6, 7, 8, 9});return 0;
}
  • print_integers 函数接受一个 std::initializer_list 类型的参数，它可以接收一系列整数。
  • 在 main 函数中，我们创建了一个 std::vector 并使用了 initializer list 来初始化它。
  • 同样地，我们直接将 {6, 7, 8, 9} 作为 initializer_list 传递给 print_integers 函数

1.3 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。

1.3.1 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腿断。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()
{std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4};// C++11 中的用法，编译器会推断出 b 的类型为 std::vector<int>::iteratorauto it = vec.begin();return 0;
}
1.3.2 decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

template<typename T1, typename 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 * y) ret; // ret的类型是doubledecltype(&x) p;      // p的类型是int*cout << typeid(ret).name() << endl;cout << typeid(p).name() << endl;F(1, 'a');return 0;
}
1.3.3 nullptr

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。

内部定义

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

1.4 范围for循环

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号“ ：”分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围。

std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用范围for循环遍历并输出vector中的元素
for (auto number : numbers)
{std::cout << number << ' ';
}// 修改vector中的元素值（使用引用）
for (auto& num : numbers)
{num *= 2; // 将每个元素乘以2
}// 使用auto和引用遍历数组
int arr[] = {6, 7, 8, 9, 10};
for (auto& a : arr)
{a += 1; // 给数组每个元素加1
}

1.5 智能指针

后面详细写一篇博客介绍。

1.6 右值引用与移动语义

1.6.1 左值和右值

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

  • 什么是左值？

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

例如:

int main()
{int x = 10; // 这里的 "x" 是一个左值，因为它是一个可以被赋值的目标x = 20; // 在这个表达式中，"x" 出现在赋值操作符左侧，说明它是左值int array[5];array[1] = 5; // 在这里，"array[1]" 也是一个左值，它代表数组的一个元素位置，可以被赋值return 0;
}
  • 什么是右值？

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

例如:

int main()
{int y = 30; //这里的 "30"是一个右值，它是一个具体的数值，不能被赋值y = 30; //在这个表达式中，"30"是右值，出现在赋值操作符右侧int result = y * 2; //在这里，"y * 2"是一个右值，它是计算结果，而非存储位置// C++11 右值引用的例子std::string getTempString() {return std::string("Hello, World!"); //返回的临时字符串对象是一个纯右值（prvalue）}std::string s1;s1 = getTempString(); // 这里的 "getTempString()"返回的临时对象是赋值操作符右侧的右值std::string&& s2 = std::move(s1); //在这里，"std::move(s1)"创建了一个将亡值（xvalue），它也是右值return 0;
}
1.6.2 左值引用与右值引用比较

左值引用总结：

  1. 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
  2. const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
int main()
{// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。int a = 10;int& ra1 = a;   // ra为a的别名//int& ra2 = 10;   // 编译失败，因为10是右值// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。const int& ra3 = 10;const int& ra4 = a;return 0;
}

右值引用总结：

  1. 右值引用只能右值，不能引用左值。
  2. 但是右值引用可以move以后的左值。
int main()
{// 右值引用只能右值，不能引用左值。int&& r1 = 10;// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”// message: 无法将左值绑定到右值引用int a = 10;int&& r2 = a;// 右值引用可以引用move以后的左值int&& r3 = std::move(a);return 0;
}
1.6.3 右值引用使用场景和意义

右值引用是C++11引入的重要特性，主要用于优化临时对象的处理，提高程序性能。

  1. 移动构造函数和移动赋值运算符：当一个对象将要被销毁，并且其资源（如内存、文件句柄等）可以被另一个新创建的对象重用时，我们可以定义移动构造函数和移动赋值运算符来高效地“夺舍”原对象的资源，而不是复制这些资源。
class MyClass {
public:MyClass(MyClass&& other) // 移动构造函数: data(std::move(other.data)){other.data = nullptr;}MyClass& operator=(MyClass&& other) // 移动赋值运算符{if (this != &other){delete[] data;data = other.data;other.data = nullptr;}return *this;}private:int* data;
};
  1. 完美转发：在模板编程中，右值引用结合std::forward可以实现完美转发，即无损传递参数给其他函数，保持其原有的左值或右值属性。
#include <utility>// 假设我们有一个需要转发给其他函数的通用包装函数
template<typename T>
void WrapperFunc(T&& arg)
{// 调用实际处理函数并完美转发参数ActualFunc(std::forward<T>(arg));
}// 实际处理函数可能有不同的重载版本以适应不同类型的参数
void ActualFunc(int& i)
{// 处理左值引用inti++;
}void ActualFunc(const int& i)
{// 处理常量左值引用intstd::cout << "Const left-value: " << i << std::endl;
}void ActualFunc(int&& i)
{// 处理右值引用intstd::cout << "Right-value: " << i << std::endl;
}int main()
{int x = 10; // 左值const int cx = 20; // 常量左值int&& rx = 30; // 右值引用WrapperFunc(x); // 将转发为左值引用调用ActualFuncWrapperFunc(cx); // 将转发为常量左值引用调用ActualFuncWrapperFunc(rx); // 将转发为右值引用调用ActualFuncreturn 0;
}
  1. 返回局部对象：当函数返回一个大的局部对象时，若不使用右值引用，编译器会默认生成拷贝构造函数返回，造成性能损失。通过返回右值引用或者定义移动构造函数，可以避免这种不必要的拷贝。
class BigObject
{
public:// ... 同样的构造函数和析构函数// 新增移动构造函数和移动赋值运算符BigObject(BigObject&& other) // 移动构造函数: /* 使用std::move初始化成员，转移资源 */{// 清空other的资源，使其处于可析构状态}BigObject& operator=(BigObject&& other) // 移动赋值运算符{// 移动资源并清空otherreturn *this;}
};// 使用右值引用优化的函数
BigObject createBigObject()
{BigObject obj; // 局部对象// ... 对obj进行一些初始化return std::move(obj); // 返回前标记为右值引用，允许移动构造
}int main()
{BigObject bo = createBigObject(); // 此处调用移动构造函数而非拷贝构造函数// ...return 0;
}

1.7 可变模板参数

C++11的新特性可变参数模板能够让您创建可以接受可变参数的函数模板和类模板，相比C++98/03，类模版和函数模版中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 <typename ...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。

递归函数方式展开参数包

// 递归终止函数
template <typename T>
void ShowList(const T& t)
{cout << t << endl;
}
// 展开函数
template <typename T, class ...Args>
void ShowList(T value, Args... args)
{cout << value <<" ";ShowList(args...);
}
int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'A');ShowList(1, 'A', std::string("sort"));return 0;
}

逗号表达式展开参数包

template <class T>
void PrintArg(T t)
{cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };cout << endl;
}
int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'A');ShowList(1, 'A', std::string("sort"));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。

1.8 lambda表达式

随着C++语法的发展，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

  1. 捕获列表（Capture List）： 定义了Lambda可以访问的外部作用域中的变量。捕获方式可以是值捕获（默认复制变量）、引用捕获（使用变量的引用）或甚至通过&或=符号明确指定。捕获列表以[开始，]结束，可以为空，表示不捕获任何外部变量。
    捕获列表说明:
  • [var]：表示值传递方式捕捉变量var
  • [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
  • [&var]：表示引用传递捕捉变量var
  • [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
  1. 参数列表（Parameter List）： 类似于常规函数的参数列表，定义了Lambda接受的输入参数。参数之间用逗号分隔。
  2. 可选的返回类型（Optional Return Type）： 通常使用尾置返回类型（-> type）指定Lambda的返回类型。如果函数体中只有一条return语句，且返回类型可以从该返回表达式的类型推断出来，则可以省略显式指定返回类型。
  3. 函数体（Function Body）： 包含Lambda所执行的代码。函数体可以包含任何合法的C++语句，包括循环、条件判断、递归等。

例如：

#include <iostream>
#include <vector>int main()
{// 外部作用域中的变量int externalValue = 1;int count = 0;// 定义一个Lambda函数，包含了所有组成部分auto myLambda = [externalValue, &count](int x, int y) mutable -> bool{// 捕获列表：[externalValue, count]，通过值捕获外部变量externalValue，引用捕获外部变量count// 参数列表：(int x, int y)，接受两个整数参数// 返回类型：-> bool，返回一个布尔值// 函数体：//   - 修改捕获的externalValue（由于使用了mutable关键字）//   - 根据输入参数判断是否满足条件，并返回结果count++;externalValue *= 2;return (x > 0 && y > 0) && (x + y > externalValue);};// 使用Lambda函数std::vector<int> numbers = { 3, 5, 7, -2, 9 };for (size_t i = 0; i < numbers.size() - 1; ++i){if (myLambda(numbers[i], numbers[i + 1])){std::cout << "Pair (" << numbers[i] << ", " << numbers[i + 1] << ").\n";}}std::cout << "count: " << count << std::endl;return 0;
}

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. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
  5. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
  6. lambda表达式之间不能相互赋值，尽管表面上看起来相似，每个Lambda表达式在编译时都会生成一个独一无二的、不可赋值的函数对象。

1.9 function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。

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename F, typename T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}
double f(double i)
{return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{// 函数名cout << useF(f, 11.11) << endl;// 函数对象cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;// lambda表达式cout << useF([](double d)->double{ return d/4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

通过上面的程序验证，我们会发现useF函数模板实例化了三份，包装器可以很好的解决上面的问题。

#include <iostream>
#include <functional>
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 f(double i)
{return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{// 函数名std::function<double(double)> func1 = f;cout << useF(func1, 11.11) << endl;// 函数对象std::function<double(double)> func2 = Functor();cout << useF(func2, 11.11) << endl;// lambda表达式std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double{return d / 4;};cout << useF(func3, 11.11) << endl;return 0;
}

1.10 线程库

后面详细写一篇博客介绍。

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