C++11新特性——The C++ standard library, 2nd Edition 筆記（一）

前言

　　這是我閱讀《The C++ standard library, 2nd Edition》所作讀書筆記的第一篇。這個系列基本上會以一章一篇的節奏來寫，少數以C++03爲主的章節會和其它章節合併，一些內容較多的章節也會抽出幾個獨立的章節。這些博文不分析具體的應用情景，僅僅用來記錄C++11新增的知識點。關於C++11知識點的詳細解析，請參考C++11 FAQ；關於C++03以及STL的較詳盡解析，請參考相關著做或者網絡資料；推薦《C++ Primer，4th edition》和《The C++ Standard Library》。

 

（原書第三章：New Language Features）

新語言特性

• 用模板做爲模板參數不須要再在結尾">"處留空格：

vector<list<int>> vli; // OK

• nullptr 代替 NULL；前者的類型是 std::nullptr_t，後者是int。nullptr_t定義在<cstddef>中。
• 擴展auto關鍵字含義，編譯器自動推導變量類型：

vector<VeryVeryLongLongType> foo; ... auto iter = foo.begin(); // iter是一個迭代器。
auto bar = [&](int)->bool{return ...}; // bar是一個lambda函數。能夠這樣調用：bar(3)。

• 一致初始化與初始化列表（uniform initialization & initialization lists）：

int values[] {1 , 1, 2, 3, 5, 8, 13}; // 初始化列表不能進行變量的不精確轉換int a {1.0};是錯誤的。
std::vector<std::string> vs {"c++", "is", "upgrading"};
std::initializer_list<int> il = {1, 2, 3, 4}; // 用來接受{1, 2, 3, 4}的新類型，initializer_list。
class Foo { ... Foo(std::initializer_list<int>& lst); ...}; ... Foo foo {1, 2, 3, 4};  // 注意：構造函數的參數列表能夠隱式轉換爲initializer_list

• 基於區間(range-based)循環，它的僞代碼格式是：for(var : container) { statments; }

for (int i : {1, ,1, 2, 3, 5, 8, 13, 21}) // 初始化列表格式
    cout << i << endl;

vector<int> vect; ...
for (auto& item : vect) // 要改變值，要用 auto&， 引用
    item *= 3;

• move語義和右值引用。支持move語義是C++11最重要的新特性。這個特性主要用來避免沒必要要的拷貝和臨時變量。
  • 右值引用能夠指向匿名對象、臨時對象，但不能是常量，由於它須要能被修改，以支持資源轉移。右值的特性之一是它不能夠取地址。
  • 右值引用的記號是&&，好比 int&& a = 5; 注意，a 雖然是一個右值引用變量，但它自己確是一個左值，由於它能夠取地址。要轉換成右值引用的話，須要用到下面的move函數。
  • move函數在<utility>頭文件中，爲了實現將普通變量轉換爲右值引用。從語義上講，被move過的對象再也不有效。可是move一個相似int，無論理資源，不涉及複雜狀態的對象則毫無影響。其實，move只對定義了move constructor或者move assignment operator的對象真正有做用。move過的對象再也不有效。
  • move constructor 是以 T&&爲參數的T類型的constructor，而move assignment operator是以T&&爲參數的operator=的重載版本。再次提醒，這裏的右值引用必定不會是const，由於move語義要改變右值引用對象的值，將它持有的資源搬移過來。
  • 右值引用配合move語義，能夠直接將資源從臨時對象「剪切」並「粘貼」到目標對象上，提升效率。右值引用用來引出「剪切」和「粘貼」操做，具體的過程，則由move constructor和move assignment operator完成。
  • 左值引用(lvr)和右值引用(rvr)的重載規則：
    • 只實現了void foo(T&) : 不接受rvr，只接受lvr。
    • 只實現了void foo(const T&) : 能夠接收rvr和lvr。
    • 實現了void foo(const T&)和void foo(T&&) : 能夠區分出rvr和lvr兩種調用。若是有move語義，就使用T&&格式；不然使用普通拷貝。
    • 只實現了void foo(T&&) : 智能接受rvr。
  • 返回值的rvr：
    • 返回值不該該使用move函數，編譯器會根據狀況去調用。對於以下的代碼段，如下的行爲是能夠保證的。

      X foo()
      {
        X x; ... return x;    
      }

    • 若是定義了copy constructor或者move copy constructor，首先執行NRV(named return value)優化(參考《Inside the C++ object model》2.3節)。NRV在C++11以前已經被普遍支持，在C++11中把它規範化。
    • 若是定義了move copy constructor，執行move語義。
    • 不然，若是定義了copy constructor，執行copy語義。
    • 不然，編譯時錯誤。
    • 注意！返回值類型不能是rvr，由於rvr始終仍是引用。引用返回的局部變量是沒有意義的。
  • 關於右值引用的深刻理解，可參考另外一篇博文：C++右值引用
• 新的字符串字面值：
  • Raw String Literal : 不須要轉義的字符串字面值。

  • const char* pFile = R"(C:\Windows\Somepath.file)";// 等價於 "C:\\Windows\\Somepath.file";
    const char* pName = R"nc(Alcohol"(wine)")nc"; // 若是字符串中出現"(或者)"，能夠加入分隔符，好比nc。
    const char* pUtf8 = u8"utf8字符串"; // u8表示utf8字符串;
    const char16_t* pChar16t = u"雙字節字符串"; // u表示雙字節字符串;
    const char32_t* pChar32t = U"四字節字符串"; // U表示四字節字符串;
    const wchar_t* pwchart = L"寬字符串"; // L表示寬字符串;
    

  •  注意，R格式的字面值，能夠用u8，u，U，L修飾。

• noexcept關鍵字，有兩層含義：
  • 做爲聲明，表示函數不會拋出異常，例: void foo() noexcept; 至關於throw()。聲明時能夠附帶參數。
  • 做爲運算符，返回某個函數是否會拋出異常，例: vector<int> vi; noexcept(vi.at[0]);// true。
• constexpr關鍵字
  • 表示表達式能夠在編譯時求值，能夠被當作常量處理。例如: std::numeric_limits<short>::max()就是一個被constexpr修飾的表達式。它能夠用來初始化數組的長度了。
• 模板的新特性
  • 模板參數個數可變（這個特性有點瘋狂）: 

    template <typename T, typename ... Types> 
    void print(const T& arg0, const Types&... args)
    {
        std::cout << arg0 <<std::endl; // 打印第一個值。
        print(args...); // 打印剩餘的值。遞歸嗎？
    }

    std::tuple<>大量使用這個特性。

  • 模板別名 : 

  • template<typename T>
    using Vec = std::vector<T, MyAlloc<T>>; // Vec是一個別名模板，它是std::vector<T, MyAlloc<T>>的別名;
    // 模板別名的聲明格式: template<typename T> using alias = ...;
    Vec<int> vec;

  • 其餘特性 : 函數模板能夠有默認參數，局部類型也能夠做爲模板參數等
• lambda函數（匿名函數），好比 [=, &b](int a)->int{return a + b;}，它是實現閉包的關鍵。
  • =, &b叫作capture(捕獲)，它用來限定lambda能夠訪問的外部context中非靜態變量的方式。
  • [=, &b] 整個叫作lambda introducer(lambda引導器)。
  • {...}中的內容爲函數體。
  • lambda能夠有參數，mutable修飾符，exception說明，屬性修飾符和返回值類型。全部都是可選的，可是隻要出現一個，那麼小括號()就必定要有。因此，lambda的格式就有兩種：
    • [...]{...}
    • [...](...)mutable_opt, throw_opt ->returnType_opt {...} 
  • 若是沒有寫返回值，lambda的返回值根據return的類型來自動推導。
  • capture的格式，[=]表示全部外部變量都是傳值的，外部變量只讀；[&]表示全部外部變量都是傳引用的，對外部變量讀寫；也能夠爲單個外部變量指定訪問模式，好比[=, &a]表示除了a以外，全部其餘變量都是傳值的。
  • lambda表達式均可以轉換爲仿函數。
  • lambda的類型是匿名函數對象，每一個lambda對象的類型都不同。聲明lambda的類型須要模板，或者auto關鍵字，或者decltype關鍵字。此外，也能夠用std::function類模板，指定一種函數式編程(FP)的通用類型。
• decltype關鍵字
  • decltype(exp) 表示 exp的類型，能夠用在全部須要變量聲明的地方。
  • decltype的典型應用：聲明返回值類型（見下一條）；在聲明容器，須要functor類型做爲模板參數時，傳遞lambda的類型。
• 新的函數聲明語法
  • 當函數的返回值依賴於包含參數的表達式，好比：

    template<typename T1, typename T2>
    auto add(T1 x, T2 y)->decltype(x + y) {...} // 與lambda的聲明相似。add的返回類型，是x + y的類型。可是在C++11以前是不可行的。

• 做用域受限的枚舉

  • enum class Salution : char{mr, ms, co, none};

  • 也叫作「強枚舉」或者「枚舉類」；
  • 它與int之間的隱式轉換是不可能的；
  • 枚舉值，好比mr，不在Salution聲明的做用域中，Salution::mr纔在；
  • 能夠用": type"指定構成枚舉的數據類型，默認爲int；
  • 支持前向聲明；
  • 類型特性std::underling_type能夠返回構成枚舉值的類型。
• 新的基本數據類型
  • char16_t 和 char32_t;
  • long long 和 unsigned long long;
  • std::nullptr_t