在C++98基础上学习C++11新特性-白红宇

在C++98基础上学习C++11新特性

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发布时间：2019-06-28

本文共 11937 字，大约阅读时间需要 39 分钟。

自己一直用的是C++98规范来编程，对于C++11只闻其名却没用过其特性。近期因为工作的需要，需要掌握C++11的一些特性，所以查阅了一些C++11资料。因为自己有C++98的基础，所以从C++98过渡到C++11并不算特别吃力，读了一些书籍后，算是对C++11有了个比较基础的理解，感觉程序员还是要经常保持新语言新特性的更新，现在 C++ 标准都出到C++17了！这篇文章就是对C++11一些常用新特性的一些总结，以C++98和 C++11在语法上的差异来突出C++11新特性的非凡优势。

一、新语法

1.自动类型推导auto

auto的自动推导，用于从初始化表达式中推断出变量的数据类型。

//C++98int a = 10;string s = "abc";float b = 10.0;vector
    
      c;vector
     
      
        > d;map
       
         m;m[1] = "aaa";map
        
         ::iterator it = m.begin();//C++11auto a1 = 10;  //a1为intauto s1 = "abc";  //s1为stringauto b1 = b;  auto c1 = c;auto d1 = d;auto e1 = 'a';int* x = &a1;auto d1 = x;auto m1 = m.begin();auto x=1,y=2; //okauto i=1.j=3.14; //compile errordouble a2 = 3.144;const auto a3 = a2;  //const doubleauto a4 = a2;  //doublevolatile int c2 = 3;auto c3 = c2; //int

2.萃取类型decltype

decltype可以通过一个变量或表达式得到类型。

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;int add(int a){    return ++a;}void fun(int a){    cout << "call function: [int]\n" << endl;}void fun(int *a){    cout << "call function: [int*]\n" << endl;}int main(){    //C++11    int aa = 10;    decltype(aa) bb = 11;    string ss = "hello intel";    decltype(ss) ss1 = "hello";    const vector
      
        vec(1);    decltype(vec[0]) cc = 1;    decltype(0) dd = vec[0];  //dd是int类型    decltype(add(1)) ee;  //int    int a[5];    decltype(a) ff; //int[5]    //decltype(fun) gg;  无法通过编译，是个重载函数        return 0;}

3.nullptr

空指针标识符nullptr是一个表示空指针的标识，他不是一个整数，这是与我们常用的NULL宏的区别。NULL只是一个定义为常整数0的宏，而nullptr是C++11的一个关键字，一个內建的标识符。

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;void fun(int a){    cout << "call function: [int]\n" << endl;}void fun(int *a){    cout << "call function: [int*]\n" << endl;}int main(){    //C++11    fun(NULL);   //call function: [int]    fun(nullptr);  //call function: [int*]    int* p = NULL;    fun(p);  //call function: [int*]    return 0;}

4.区间迭代range for

C++98和C++11在使用语法上的差异如下：

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;int main(){    //C++98    vector
      
        vec(8, 1);    cout << "C++98 range for:" << endl;    for (vector
       
        ::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); it++)    {        cout << *it << endl;    }    //C++11    cout << "C++11 range for:" << endl;    for (auto d : vec)    {        cout << d << endl;    }    return 0;}

值得指出的是，是否能够使用基于范围的for循环，必须依赖一些条件。首先，就是for循环迭代的范围是可确定的。对于类来说，如果该类有begin和end函数，那么for_each之间就是for循环迭代的范围。对于数组而言，就是数组的第一个和最后一个元素间的范围。其次，基于范围的for循环还要求迭代的对象实现+ + 和==等操作符。对于STL中的容器，如string、array、map等使用起来是不会有问题的。下面是C++11操作vector和数组的实践：

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;int main(){    vector
      
        vec(8, 1);    //C++11    cout << "C++11 value range for:" << endl;    /*d非引用，修改d不会影响vector里的值*/    for (auto d : vec)   //d中存储的是vec中的值    {        d = 2;    }    for (auto d : vec)       {        cout << d << endl;    }    cout << "C++11 reference range for:" << endl;    /*当迭代变量d为引用时，vector里的值可以被修改*/    for (auto &d : vec)      {        d = 2;    }    for (auto d : vec)       {        cout << d << endl;    }    //数组for_each    char arr[] = {'a','b','c','d'};    for (auto &d : arr)    {        d -= 32;    }    for (auto d : arr)    {        cout << d << endl;    }    //遍历二维数组，注意迭代变量row必须为引用。如果你想用 range for 的方法，来遍历更高维的数组 （dim > 2），那么你只需要：除了最内层循环之外，其他所有外层循环都加入 '&' 即可。    int array2[5][5] = {0};    for (auto &row : array2)        for (auto col : row)            cout << col << endl;    return 0;}

5.返回类型后置语法

先看下面这个例子，编译器在推导decltype(t1+t2)时表达式中t1和t2都未声明，所以编译失败。

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;template
      
       decltype(t1 + t2) sum(T1 t1, T2 t2){    return t1 + t2;}int main(){    auto total = sum(1, 2);    cout << total << endl;    return 0;}

所以C++11引入新语法，即把函数的返回值移至参数声明之后，复合符号->decltype(t1+t2)被称为追踪返回类型。而原本的函数返回值由auto占据。

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;template
      
       auto sum(T1 t1, T2 t2) ->decltype(t1+t2){    return t1 + t2;}int main(){    auto total = sum(1, 2);    cout << total << endl;    return 0;}

6.final和override

struct B{    virtual void f1(int) const;    virtual void f2();    void f3();};struct D1 : public B{    void f1(int) const override;  //ok    void f2(int) override;   //error，B中没有形如f2(int)的函数    void f3() override;  //error，f3不是虚函数    void f4() override;  //error，B中无f4函数};struct D2 : public B{    void f1(int) const final;  //不许后续的其他类覆盖};struct D3 :public D2{    void f2();    void f1(int) const; //error，final函数不可覆盖};

final还可以用于防止继承的发生

class NoDerived final{};class Bad :NoDerived   //NoDerived不可做基类{};class Base{};class Last final :Base{};class Bad2 :Last   //Last不可做基类{};

7.=default和=delete

对于 C++ 的类，如果程序员没有为其定义特殊成员函数，那么在需要用到某个特殊成员函数的时候，编译器会隐式的自动生成一个默认的特殊成员函数，比如拷贝构造函数，或者拷贝赋值操作符。

C++11允许我们使用=default来要求编译器生成一个默认构造函数，也允许我们使用=delete来告诉编译器不要为我们生成某个默认函数

class B{    B() = default; //显示声明使用默认构造函数    B(const B&) = delete; //禁止使用类对象之间的拷贝    ~B() = default;  //显示声明使用默认析构函数    B& operator=(const B&) = delete;  //禁止使用类对象之间的赋值    B(int a);  };

8.lambda表达式

简单来说，Lambda函数也就是一个函数（匿名函数），它的语法定义如下：

[capture](parameters) mutable ->return-type{statement}

[=,&a,&b]表示以引用传递的方式捕捉变量a和b，以值传递方式捕捉其它所有变量;

[&,a,this]表示以值传递的方式捕捉变量a和类的this指针，引用传递方式捕捉其它所有变量。

#include 
    
     using namespace std;int main(){    auto f = []() {cout << "hello world!" << endl; };    f();  //hello world!    int a = 123;    auto f1 = [a] { cout << a << endl; };    f1();  //123    auto f2 = [&a] {cout << a << endl; };    a = 789;    f2();  //789    //隐式捕获:让编译器根据函数体中的代码来推断需要捕获哪些变量    auto f3 = [=] {cout << a << endl; };    f3();  //789    auto f4 = [&] {cout << a << endl; };    a = 990;    f4();  //990    auto f5 = [](int a, int b)->int {return a + b; };    printf("%d\n", f5(1, 2));  //3    return 0;}

lambda表达式在C++下的应用，排序

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       using namespace std;void print(char arr[], int len){    for (int i = 0; i < len; i++)    {        printf("%d ", arr[i]);    }    printf("\n");}bool cmp(char a, char b){    if (a > b)        return true;    else        return false;}int main(){    //c++98    char arr1[] = { 2,5,2,1,5,89,36,22,89 };    int len = sizeof(arr1) / sizeof(char);    sort(arr1, arr1 + len, cmp);    print(arr1, len);    //c++11    char arr2[] = { 2,5,2,1,5,89,36,22,89 };    int len2 = sizeof(arr2) / sizeof(char);    sort(arr2, arr2 + len2, [](char a, char b)->bool {return a > b; });    print(arr2, len2);    return 0;}

9.std::move

std::move是为性能而生，通过std::move，可以避免不必要的拷贝操作。std::move是将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转移，没有内存的搬迁或者内存拷贝。

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        int main(){    std::string str = "Hello";    std::vector
        
          v;    //调用常规的拷贝构造函数，新建字符数组，拷贝数据    v.push_back(str);    std::cout << "After copy, str is \"" << str << "\"\n"; //After move, str is "Hello"    //调用移动构造函数，掏空str，掏空后，最好不要使用str    v.push_back(std::move(str));    std::cout << "After move, str is \"" << str << "\"\n";   //After move, str is ""    std::cout << "The contents of the vector are \"" << v[0]        << "\", \"" << v[1] << "\"\n";   //The contents of the vector are "Hello", "Hello"}

二、STL新内容

1.std::array

使用 std::array保存在栈内存中，相比堆内存中的 std::vector，我们就能够灵活的访问这里面的元素，从而获得更高的性能；同时正式由于其堆内存存储的特性，有些时候我们还需要自己负责释放这些资源。

使用std::array能够让代码变得更加现代，且封装了一些操作函数，同时还能够友好的使用标准库中的容器算法等等，比如 std::sort。

std::array 会在编译时创建一个固定大小的数组，std::array 不能够被隐式的转换成指针，使用 std::array 很简单，只需指定其类型和大小即可：

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       void foo(int* p){}int main(){    std::array
       
         arr = {4,3,1,2};    foo(&arr[0]);  //OK    foo(arr.data());  //OK    //foo(arr);  //wrong    std::sort(arr.begin(), arr.end());  //排序    return 0;}

2.std::forward_list

std::forward_list 使用单向链表进行实现，提供了 O(1) 复杂度的元素插入，不支持快速随机访问（这也是链表的特点），也是标准库容器中唯一一个不提供 size() 方法的容器。当不需要双向迭代时，具有比 std::list 更高的空间利用率。

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         int main(){    std::forward_list
         
           list1 = { 1, 2, 3, 4 }; //从前面向foo1容器中添加数据，注意不支持push_back list1.pop_front(); //删除链表第一个元素 list1.remove(3); //删除链表值为3的节点 list1.push_front(2); list1.push_front(1); list1.push_front(14); list1.push_front(17); list1.sort(); for (auto &n : list1) { if (n == 17) n = 19; } for (const auto &n : list1) { std::cout << n << std::endl; //1 2 2 4 14 19 } return 0;}

3.std::unordered_map和std::unordered_set

无序容器中的元素是不进行排序的，内部通过 Hash 表实现，插入和搜索元素的平均复杂度为 O(constant)，在不关心容器内部元素顺序时，能够获得显著的性能提升。

C++11 引入了两组无序容器：std::unordered_map/std::unordered_multimap 和 std::unordered_set/std::unordered_multiset。

下面给出unordered_map和unordered_set的使用方法。

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          void foo(int* p){}int main(){ //unordered_map usage std::unordered_map
          
            um = { {"2",2},{"1",1},{"3",3} }; //遍历 for (const auto &n : um) { std::cout << "key:" << n.first << " value:" << n.second << std::endl; } std::cout << "value:" << um["1"] << std::endl; //unordered_set usage std::unordered_set
           
             us = { 2,3,4,1}; //遍历 for (const auto &n : us) { std::cout << "value:" << n << std::endl; } std::cout << "value:" << us.count(9) << std::endl; //判断一个数是否在集合内，1存在0不存在 std::cout << "value:" << *us.find(1) << std::endl; //查找一个特定的数是否在集合内，找到就返回该数的迭代器位置 return 0;}

三、智能指针

1. std::shared_ptr

shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次，内部的引用计数加1，每析构一次，内部的引用计数减1，减为0时，删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是安全的，但是对象的读取需要加锁。

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       int main(){    //auto ptr = std::make_shared
       
        (10);    std::shared_ptr
        
          ptr(new int(10));    std::shared_ptr
         
           ptrC(ptr); auto ptr2 = ptr; { auto ptr3 = ptr2; std::cout << "pointer1.use_count() = " << ptr.use_count() << std::endl; //4 std::cout << "pointer2.use_count() = " << ptr2.use_count() << std::endl; //4 } std::cout << "pointer1.use_count() = " << ptr.use_count() << std::endl; //3 std::cout << "pointer2.use_count() = " << ptr2.use_count() << std::endl; //3 int *p = ptr.get(); //获取原始指针 std::cout << "pointer1.use_count() = " << ptr.use_count() << std::endl; //3 std::cout << "pointer2.use_count() = " << ptr2.use_count() << std::endl; //3 return 0;}

3 2. std::unique_ptr

std::unique_ptr 是一种独占的智能指针，它禁止其他智能指针与其共享同一个对象，从而保证代码的安全：

#include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       int main(){    std::unique_ptr
       
         ptr(new int(10));    //auto ptr2 = ptr; //非法    //虽说unique_ptr是不可复制的，但我们可以使用std::move将其独占权转移到其他的unique_ptr    auto ptr2(std::move(ptr));    std::cout << *ptr2 << std::endl;    return 0;}

3. std::weak_ptr

先观察下面的代码，如果我们在类father中使用的是shared_ptr

father !son !

以上问题就是shared_ptr的环形引用问题。为了避免shared_ptr的环形引用问题，需要引入一个弱引用weak_ptr， weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，弱引用不会引起引用计数增加,它更像是shared_ptr的一个助手而不是智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况.

#include 
    
     #include 
     
      using namespace std;class father;class son;class father {public:    father() {        cout << "father !" << endl;    }    ~father() {        cout << "~~~~~father !" << endl;    }    void setSon(shared_ptr
      
        s) {        son = s;    }private:    //shared_ptr
       
         son;    weak_ptr
        
          son; // 用weak_ptr来替换};class son {public:    son() {        cout << "son !" << endl;    }    ~son() {        cout << "~~~~~~son !" << endl;    }    void setFather(shared_ptr
         
           f) { father = f; }private: shared_ptr
          
            father;};void test() { shared_ptr
           
             f(new father()); shared_ptr
            
              s(new son()); f->setSon(s); s->setFather(f);}int main(){ test(); return 0;}