c++11新特性总结

1、类型与变量相关

1.1、nullptr：

取代了NULL，专用于空指针

1.2、constexpr：

近似const, 可以修饰变量，也可以修饰函数，

修饰变量如：

const int global = 100;

int main () {

int temp = 100；

constexpr int a = 1; //right

constexpr int b = global; //right

constexpr int c = temp; //wrong

}

既可以赋值字面常量也可以赋值以const变量

重点：constexpr修饰的函数，生效于编译时而不是运行时, 重点应用于修饰函数使其在编译期大幅度被解释

被constexpr修饰的函数，无论是普通函数，还是类成员函数，必须是编译器可计算得到结果，即字面常量，不可是运行时才能获取的内容

例1：

constexpr int calc_in_compile_0 () {
    return 100;
}
constexpr int calc_in_compile_1 (int a) {
    return a * 100;
}
constexpr int calc_in_compile_2 (int b, int c) {
return c * calc_in_compile_1(b);
}

EXPECT_EQ(100, calc_in_compile_0());

constexpr int a = 1;

EXPECT_EQ(100, calc_in_compile_1(a));

EXPECT_EQ(10000, calc_in_compile_2(a, calc_in_compile_1(a)));

例2：

代替了"const _max = INT_MAX"

static constexpr int max () {
     return INT_MAX;
}
static constexpr int min () {

return INT_MIN;
}

constexpr int _max = max(), _min = min();

例3：

class Calc {
    double a_;
public:
    /*构造函数在这里，必须用constexpr修饰，因为类成员函数是用constexpr修饰的*/
    constexpr Calc(double a):a_(a) {}


    constexpr double GetFabs() const {
return std::fabs(a_);
}
    constexpr double GetAbs() const {
        return std::abs(a_);
    }
    constexpr double GetSquare() const {
        return a_ * a_;
    }
};

    constexpr Calc calc(5.1);
    constexpr double _fabs = calc.GetFabs();
    ///_fabs = 10.0;
    LOG(INFO) << "fabs: " << _fabs;
    double _abs = calc.GetAbs();
    LOG(INFO) << "abs: " << _abs;
    _abs = 10.0;
    LOG(INFO) << "abs: " << _abs;
    double _square = calc.GetSquare();
    LOG(INFO) << "square: " << _square;
    _square = 10.0;
    LOG(INFO) << "square: " << _square;

1.3、using取代typedef：

typedef double db; //c99

using db = double; //c++11

typedef void(*function)(int, int)；//c99，函数指针类型定义

using function = void(*)(int, int)；//c++11，函数指针类型定义

using kvpairs = std::map; //c++11

using CompareOperator = std::function; //c++11

using query_record = std::tuple; //c++11

template using twins = std::pair； //更广泛的还可以用于模板

1.4、auto & decltype：

auto让编译器通过初始值来推算变量的类型。当然，其定义的变量必须要有初始值

auto a = 1;

auto task = std::function([this, a] {

................

});

decltype(变量)可以获取变量的类型

auto a = 1;

decltype(a) b = 2;

decltype(b) c = add(a, b);

注意下，decltype((a) )的结果是引用，此时创建新的变量就将会报错，或者说：

int &b = a;

decltype(b) c;//也报错，因为b是a的引用，decltype(b)就会报错，效果同decltype((a))

此外，auto在容器的迭代器的使用，大大降低了代码开发量

对于vector、map、set等容器

for (auto i: V) {

......

}

1.5、字符串和数值类型的转换

以前的atoi、itoa等等成为历史

to_string：itoa成为历史

stoi、stol、stoul、stoll、stoull、stof、stod、stold：atoX成为历史

1.5、random_device

生成随机数，免去了以前需要自行调用srand初始化种子的步骤，因为有时忘了初始化结果导致错误。用法:

std::random_device rd;

int randint = rd();

1.6、std::ref和std::cref

分别对应变量的引用和const引用，主要用于作为c++11函数式编程时传递的参数

1.7、std::chrono时间相关

比以前的时间方便了许多：

std::chrono::duration duration //时间间隔

std::this_thread::sleep_for(duration); //sleep

LOG(INFO) << "duration is " << duration.count() << std::endl;

std::chrono::microseconds  //微秒

std::chrono::seconds //秒

end = std::chrono::system_clock::now(); //获取当前时间

1.8、原子变量

std::atomic<XXX>

用于多线程资源互斥操作，属c++11重大提升，多线程原子操作简单了许多

事实上基于c++11实现的无锁队列，让boost::lockfree无锁队列也将成为历史

1.9、正则表达式std::regex

恶心的C正则(regex.h)和boost正则成为历史

1.10、编译期断言static_assert

static_assert是用于涉及模板的assert，编译期就能发现不满足的情况，无需等到运行时出现core

如下最后一个被注掉的static_assert如果放开，则无法通过编译。

template class C {
    T data1_;
    int data2_;
public:
    C(T data1, int data2):data1_(data1), data2_(data2) {
        /*if the condition is not satisfiedm, would be errored by compiler in compling*/
        //static_assert(sizeof(T) > 4, "sizeof(T) is not larger than 4");
        static_assert(sizeof(T) >= 4, "sizeof(T) is not larger than 4");
        //static_assert(data2_ >= 10, "could not use static_assert here! condition must could be calced in compling!");
    }
};

TEST(test_static_assert, test) {
    C c(1.1, 1);
}

2、容器

2.1、tuple & 花括号初始化

元组的出现，和python拉齐了，c++也实现了函数可以多个返回值

using  result = std::tuple;

result res = {1，'a'，1.0};

return res;

return {2, 'b'，100.0};

std::vector v{1, 2, 3, 4, 5}；

using res_tp = std::tuple;

res_tp res(true, 'b', 11, 1.1, 100.1);

LOG(INFO) << "res.bool: " << std::get<0>(res);
    LOG(INFO) << "res.char: " << std::get<1>(res);
    LOG(INFO) << "res.int: " << std::get<2>(res);
    LOG(INFO) << "res.float: " << std::get<3>(res);
    LOG(INFO) << "res.double: " << std::get<4>(res);

以上都是合法的，尤其对vector，简单的测试程序再不需要一行行的push_back了！

2.2、hash正式进入stl

unordered_map、unordered_set、unordered_multimap、unordered_multiset。extstl扩展方式的使用hash成为历史。

2.3、emplace：

作用于容器，区别于push、insert等，如push_back是在容器尾部追加一个容器类型对象，emplace_back是构造1个新对象并追加在容器尾部

对于标准类型没有变化，如std:;vector，push_back和emplace_back效果一样

如自定义类型class A，A的构造函数接收一个int型参数，

那么对于push_back需要是：

std::vector vec；

A a(10);

vec.push_back(a);

对于emplace_back则是：

std::vector vec；

vec.emplace_back(10);

改进点是什么？改进点：避免无用临时变量。比如上面例子中的那个a变量

2.4、shrink_to_fit

这个改进还是有点意义的，日常程序应该能减少不少无意义的内存空间占用

push、insert这类操作会触发容器的capacity，即预留内存的扩大，实际开发时往往这些扩大的区域并没有用途

    std::vector v{1, 2, 3, 4, 5};
    v.push_back(1);
    std::cout << "before shrink_to_fit: " << v.capacity() << std::endl;
    v.shrink_to_fit();
    std::cout << "after shrink_to_fit: " << v.capacity() << std::endl;

可以试一试，减少了很多，有一定价值

3、对于类

3.1、构造函数

3.1.1、控制构造函数

1、default关键字生成默认构造函数和析构函数

default的默认构造方式可生成：默认无参数的构造函数、拷贝构造函数、赋值构造函数

析构函数同样可以由default默认构造

class A11 {
    int data;
public:
    A11() = default;

      ~A11() = default;
    A11 (int _data):data(_data) {}
};


void c11_construct () {
    A11 a;
    A11 b(a);
    A11 c;
    c = b;
    A11 d(1);
}

2、delete关键字禁止拷贝构造、禁止赋值构造、禁止自定义参数的构造函数

注意析构函数不可由delete修饰

c++11以前的方式，是把需要禁止的构造函数，放在private里使外部无法调用；

c++11风格的禁止构造的noncopyable基类实现如下，禁止了拷贝构造和赋值构造：

class noncopyable {
protected:
    constexpr noncopyable() = default;
    ~noncopyable() = default;
    noncopyable(const noncopyable &) = delete;
    noncopyable &operator= (const noncopyable &) = delete;
};

3、委托构造函数

一个构造函数，使用自己的参数，传递给其他构造函数去构造，作为自己的构造函数实现，

如下例，后面两个构造函数，均传递参数，委托给第一个构造函数去实现

struct A {
        bool a_;
        char b_;
        int c_;
        float d_;
        double e_;
        A(bool a, char b, int c, float d, double e): a_(a), b_(b), c_(c), d_(d), e_(e) {}
        //construct reuse
        A (int c): A(true, 'b', c, 1.1, 1000.1) {}
        A (double e): A (false, 'a', 0, 0.1, e) {}
    };

    A o1(10);
    LOG(INFO) << "a: " << o1.a_ << ", b: " << o1.b_ << ", c: " << o1.c_ << ", d: " << o1.d_ << ", e: " << o1.e_;
    A o2(5.5);
    LOG(INFO) << "a: " << o2.a_ << ", b: " << o2.b_ << ", c: " << o2.c_ << ", d: " << o2.d_ << ", e: " << o2.e_;

4、移动构造函数：

属于c++11的右值引用的衍生效果之一，首先描述右值引用std::move

std::move主要能解决的拷贝性能问题

类似于python的深拷贝和浅拷贝, python中的对象赋值和copy.copy都是浅拷贝, 赋值的都是对象的引用, copy.deepcopy则是深拷贝

首先插一段python代码帮助理解深浅拷贝，建议用pdb跟一下代码感受更加深刻：

import copy                                                                                
import json                                                                                
                                                                                           
                                                                                           
a = [1, 2, 3, 4, 5, [99, 98]]                                                              
#b全都是a的引用                                                                            
b = a                                                                                      
#c的非子对象都是a的复制构造, 但子对象还是引用                                              
c = copy.copy(a)                                                                           
#d全都是a的复制构造                                                                        

d = copy.deepcopy(a)                                                                       
                                                                                           
print "a append a new element 100"                                                         
a.append(100)                                                                              
                                                                                           
print "a: %s" % json.dumps(a)                                                              
print "b = a, b will change: %s" % json.dumps(b)                                           
print "c = copy.copy(a): %s" % json.dumps(c)                                               
print "d = copy.deepcopy(a): %s" % json.dumps(d)                                           
                                                                                           
print "a's subobject append a new element 100"                                             
a[5].append(100)                                                                           
                                                                                           
print "a: %s" % json.dumps(a)                                                              
print "b = a, b will change: %s" % json.dumps(b)                                           
print "c = copy.copy(a), will change: %s" % json.dumps(c)                                  
print "d = copy.deepcopy(a): %s" % json.dumps(d) 

直接定位到实际应用上(程序中尽量不要出现"int &&a = 1"这样的东西，炫技容易搞出错误)
c++11的std::move, 解决的问题是一个复制效率的问题:：

对临时变量(如函数中的参数)的复制，通过更改对象的所有者(move)，实现免内存搬迁或拷贝(去除深拷贝)，

提高"复制"效率(其实不是复制，仅是更改了对象的所有者。

例一：改变引用持有者(减少复制成本，移交引用权力给有用的变量，同时免除不再有用变量对引用的持有权)

    std::string a = "123";	//或std::string &&a = "123";显示的标识a是全局字符串"123"的右值引用
    LOG(INFO) << "at first, std::string a is: " << a;	//打印123

    /*右值"123", 它的所有者将从原先的左值(变量std::string a), 转移到新的左值(std::vector v)
     *所以, 使用std::move时一定保证, 以前的左值不再真需要了. 典型使用场合就是: (构造)函数的参数, 避免了再复制*/
    v.push_back(std::move(a));
    LOG(INFO) << "after std::move(a), now std::string a is: " << a;	//打印空

最后的glog将无法打印出a最开始的拷贝构造获取的值"123"，因为全局字符串"123"的所有者，已经从最开始的变量a，转移到了v

这在日常场合也是需要的，用途为：

1、减少内存复制成本

2、将不再需要的变量，取消它对原先持有变量(内存)的持有(修改)权限

例二：移动构造函数

    class test {
    public:
        std::vector t_;
        test(std::vector &tmp) {
            for (auto& i: tmp) {
                //not copy rvalue to t_, only add rvalue reference to t_ and update rvalue's lifecycle
                t_.push_back(std::move(i));
            }
        }
    };

    /*起初, 右值("123", "456", "789", "012", "345")都归属于左值temp*/
    std::vector temp = {"123", "456", "789", "012", "345"};
    LOG(INFO) << "before move to object ot, t's size is: " << temp.size();
    for (auto& i: temp) {
        LOG(INFO) << " OLD LVALUE(object temp) element: " << i;
    }

    /*由类test的构造函数, 更改右值的所有者为类test的对象ot*/
    test ot(temp);
    LOG(INFO) << "after move elements of temp to object ot, now ot's size is: " << ot.t_.size();
    for (auto& i: temp) {
        LOG(INFO) << " OLD LVALUE(object temp) element: " << i;
    }
    for (auto& i: ot.t_) {
        LOG(INFO) << " NEW LVALUE(object ot) element: " << i;
    }

第一轮glog， vector容器temp可以打印出其持有的全局字符串列表

第二轮glog： 因为全局字符串列表的每一个字符串的引用，均被move到test类对象ot的成员变量t_中，vector容器temp不再持有全局字符串列表中每一个字符串的引用权限

故无法打印

第三轮glog： 对象ot的成员t_持有全局字符串列表每一个字符串的引用，所以可以打印

移动构造函数，最大的用途避免同一份内存数据的不必要的变成两份甚至多份、过程中的变量传递导致的内存复制，另外解除了栈变量对内存的引用；

实际应用时往往如下这样：

int main () {

var a = XXX；

var b = YYY；

.....

object obj(a，b，.....)；//使用移动构造函数，免去a的复制构造成本(避免深拷贝造成XXX、YYY在main里有一份，obj里还有一份，而且obj构造时可能还得内存复制)，另外以后临时变量a再无权修改对应内存，完全消除全部隐患

}

例三：c++11风格的新老容器的数据移交：

如果一个老容器如vector容器oldv，需要将其内部数据复制给新容器如vector容器newv，且老容器后面无用，数据量很大；

那么c++11的std::make_move_iterator将派上用场，它可以将一个普通迭代器，如oldv.begin()，转化为"move式迭代器"，配合std::copy，将老容器内全部数据的引用，move给新容器同时取消老容器对数据的持有权。这就是c++11风格的高速数据拷贝方式。

std::vector oldv = {"123", "456", "789"};
    std::vector newv(oldv.size());

    for (auto &i: oldv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
    std::copy(std::make_move_iterator(oldv.begin()), std::make_move_iterator(oldv.end()), newv.begin());	//c++11做法，move引用

    //std::copy(oldv.begin(), oldv.end(), newv.begin());	//传统做法，复制
    for (auto &i: oldv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
    for (auto &i: newv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;

第一次打印：老容器正常打印

第二次打印：老容器无法打印了，因为每个
第三次打印：新容器正常打印

关于右值引用是c++11的一大重点，还有很多其他相关内容，个人认为理解和运用到这里基本可满足了。

5、继承构造函数

回到c++11的关于类的构造问题，近似于委托构造函数原理，如下：

    struct A {
        int a;
        A(int _a):a(_a + 100){}
    };
    struct B : public A {
        int b;
        B(int _b):A(_b), b(_b + 10000){}
    };

    B obj(1);
    std::cout << obj.a << ", " << obj.b << std::endl;

3.2、override和final

作用于虚函数，更多的作用是：显式的标识是否应该多态继承或不应该

1、override：子类用override修饰其虚函数，表示要多态继承基类的虚函数。不可以修饰非虚函数

举一个rocksdb的merge运算符重载的例子：

class ProcessMerge : public rocksdb::MergeOperator {
public:
    virtual bool FullMergeV2 (const MergeOperationInput &merge_in,
                              MergeOperationOutput *merge_out) const override {
        merge_out->new_value.clear();
        if (merge_in.existing_value != nullptr) {
            merge_out->new_value.assign(merge_in.existing_value->data(), merge_in.existing_value->size());
        }

        for (const rocksdb::Slice& m : merge_in.operand_list) {
            merge_out->new_value.append("|");
            merge_out->new_value.append(m.data(), m.size());
        }

        return true;
    }

    const char* Name() const override { return "ProcessMerge"; }
};

2、final：基类用final修饰其虚函数，意外其子类不可以多态继承该虚函数

class father {
    public:
        int a_;
        int GetA() {return a_;}
        virtual void SetA(int a) {
            a_ = a;
            LOG(INFO) << "father modify a to " << a_;
        }
        //add keyword final to avoid non-anticipated inherit in compling but not errored in running
        //virtual void SetA(int a) final {a_ = a;}
    public:
        father(int a):a_(a) {}
    };

    class Son: public father {
        int b_;
    public:
        Son(int a, int b):father(a), b_(b) {}
        //add keyword override to avoid the error in compling but not errored in running.(eg. 'int SetA(double a){...} override' woule be errored by compiler)
        virtual void SetA(int a) override {
            a_ = a;
            LOG(INFO) << "son modify a to " << a_;
        }
        //virtual void SetA(double a) override {a_ = a;}
    };

如father基类的SetA实现为"virtual void SetA(int a) final {a_ = a;}"，则子类Son再多态继承实现SetA方法就会报错了。

3.3、建议：

构造与析构：全部的复制构造、赋值构造、所有权移动构造、自定义构造函数，以及全部的复制运算符、赋值运算符、所有权移动运算符，尽可能自行全部都实现

继承：子类的虚函数多态实现要加override显式的表明，不让子类多态实现的虚函数也要记得加入final；

宗旨：让c++11的编译器更多的帮助发现问题

4、lambda、bind、function：

函数式编程是c++11重要亮点之一

4.1、直接lambda表达式

完全如同python

    int a = 1, b = 2;
    auto multi = [](int a, int b){
        b = a + a + a;
        return a + b;
    };

    LOG(INFO) << "by lambda: " << multi(a, b);

函数multi

4.2、c++11风格的函数指针std::function & std::bind

	int func1 (int a, int b) {
	    b = a + a + a;
	    return a + b;
	}

	auto a = 1, b = 2;
	std::function modify_add0(func1);
        LOG(INFO) << "directly assign function: " << modify_add0(a, b);

通过指定返回值、参数列表、绑定的函数和函数名，定义一个函数(指针)modify_add0

绑定的函数，可以是普通函数，也可以是类成员函数，同时指定：

    class ca {
    public:
        bool func(int a) {
            LOG(INFO) << "aaa: " << a;
        }
    };

    ca o;
    std::function f = std::bind(&ca::func, o, std::placeholders::_1);
    f(1);

原先只有在boost出现且极为受限的函数占位符，也加入到了标准库，即std::placeholders，传递自定义参数

绑定类成员函数时，需要配合使用std:bind。

bind和placeholders，同样可以用于普通函数：

int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "directly run auto: " << auto1(a, b);

auto可以自动识别标准类型的变量的类型，同样可以用于std:;function：

int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "directly run auto: " << auto1(a, b);

std:;function作为函数指针，同样可以作为参数传递并执行：

int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

int func3 (auto f) {
    return f(1, 2);
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "run auto in function: " << func3(auto1);

bind内不仅不再有boost占位符实现的1st、2nd的个数限制，还可以传递常量，并可以指定参数的顺序：

    int func2 (int a, double b, std::string c) {
        b = a + a + a;
        return int(a + b);
    }

    /*std::function内的定义了该function调用时的顺序, 也是_1、_2、..._n的顺序, bind内要整理符合绑定的函数参数顺序*/
    std::function modify_add2 = std::bind(func2, std::placeholders::_2, 2.0, std::placeholders::_1);
    LOG(INFO) << "by bind with partly arg: " << modify_add2("aaa", 1);

modify_add2函数执行时，第一个参数"aaa"第二个参数1，貌似和绑定的函数func2的顺序不符，就是因为bind内指定了占位符标识，占位符2作为第一个参数，常量2.0作为第二个参数，占位符1作为第三个参数，即1、2.0、"aaa"

更广泛的用法，直接定义函数体：

    std::function modify_add3 = std::function([=, &b]{
        b = a + a + a;
        return a + b;
    });
    LOG(INFO) << "directly in-function: " << modify_add3();

这个做法是后面描述的std::thread的典型适配方法，让static void thread_func(void *arg) {......}作为线程执行函数体的作法成为历史！

对于函数参数为引用、常引用、指针的方法：

int func4 (const int &a, int &b) {
    b = 3;
    return a + b;
}
    
int func5 (int *a) {
    return *a;
}

std::function modify_add4 = std::bind(func4, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "args is const reference and reference: " << modify_add4(std::cref(a), std::ref(a));
std::function modify_add5 = std::bind(func5, std::placeholders::_1);
LOG(INFO) << "args is const reference and reference: " << modify_add5(&a);

在这里，std::ref、std::cref派上了用场

5、动态指针

这也是c++11一个重要亮点

如同函数式编程，动态指针同样大量移植了原先boost里的东西

5.1、unique_ptr

功能基本对应boost的scoped_ptr，或之前stl的auto_ptr，生命周期随构造者，reset自动析构再重新构造，get判断是否有效、支持放在容器内；

真正意义智能指针。

不论是临时变量指针、类成员指针变量.....90%的指针都应该用这个

5.2、shared_ptr

功能对于boost的shared_ptr，可以有多个持有者的共享指针，即所谓引用计数型指针，直到最后一个持有者delete释放时，其指向的资源才会真正被释放

典型应用案例：如对同一个全局无锁队列对象由shared_ptr封装，多线程的多个持有者均持有对其的引用。直到全部线程都释放掉对其的引用时，该无锁队列对象才会被最终销毁。

也就是shared_ptr适合用于管理“全局动态资源”

6、多线程与互斥同步(互斥锁，条件变量)

这也是c++11的一个重要亮点

c++11的多线程管理瞬间变得和boost甚至比boost的还要方便：

static void *ThreadFunc(void *arg) {
    reinterpret_cast(arg)->process();
    return 0;
}

int a = new int；
std::thread th(&ThreadFunc, (void *)&a)；

一个线程池的构造：

ThreadPool::ThreadPool (int thread_num): thread_num_(thread_num),
                                         pending_num_(0),
                                         running_num_(0),
                                         task_count_(0),
                                         stop_(true) {
    Start();
}

ThreadPool::~ThreadPool () {
    Stop(false);
}

bool ThreadPool::Start () {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    stop_ = false;
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_.push_back(std::thread(&ThreadFunc, this));
    }
}

就是这样创建并运行

结合前边的std::function，可以让static void ThreadFunc(void *arg)成为历史：

    std::unique_ptr agent_；

    agent_.reset(new std::thread([this] () {
        while (1) {
            std::unique_lock lock(mtx_);
            if (!lockfreequeue_.get() || (lockfreequeue_->empty() && !stop_)) {
                std::cv_status cvsts = cond_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(100));
                if (cvsts == std::cv_status::timeout) {
                    continue;
                }
            }
            if (stop_) {
                break;
            }

            void *msg = nullptr;
            lockfreequeue_->pop(msg);
            if (msg) {
                Task task = std::bind(&DataPreProcess::PreProcess, this, msg);
                workers_->AddTask(task);
            }
        }

        LOG(INFO) << "agent thread exit.";
    }));

即，直接定义函数体。在c++11直接定义函数体代替静态函数是非常常用的方式。

提到多线程，不能不提到多线程互斥与同步，c++11在这方面同样大量移植boost：

std:;mutex

std::unique_lock

std::condition_variable

它们让多线程共用全局posix互斥锁、条件变量的方式成为历史

std::unique_lock和std::condition_variable，基本对应boost的scoped_lock和condition_variable，使用方法完全一样

以线程池的部分实现为例：

1、首先声明和定义线程池的执行实体：

using Task = std::function;
struct Timertask {
    bool flag_;
    Task task_;
    int64_t timeval_;
    int64_t exec_time_;
    bool operator< (const struct Timertask otherone) const {
        return exec_time_ > otherone.exec_time_;
    }
    Timertask(const Task &task, int64_t timeval, int64_t exec_time, bool flag = false):flag_(flag), task_(task), timeval_(timeval), exec_time_(exec_time) {}
    Timertask(const Task &task, int64_t timeval, bool flag = false):flag_(flag), task_(task), timeval_(timeval) {
        int64_t nowtime = common::getime_micros();
        exec_time_ = timeval_ + nowtime;
    }
};

业务上包括任务Task、和定时任务Timertask两类，执行实体都是Task

Timertask重载<是因为定时任务需要按时间临的远近排序，线程池的定时任务队列的实现是一个堆，所以这里需要重载<；flag_意为是一次性定时任务还是例行定时任务。

这些非本部分关注点不影响阅读即可。

2、线程池的声明，重点关注多线程互斥锁、条件变量成员

class ThreadPool {
private:
    std::atomic pending_num_;
    std::atomic running_num_;
    uint64_t task_count_;

    bool stop_;
    int thread_num_;
    std::vector ths_;

    std::mutex mtx_;
    std::condition_variable cond_;
    std::deque queue_;
    std::priority_queue timer_queue_;

public:
    ThreadPool(int thread_num);
    ~ThreadPool();
    bool Start();
    bool Stop(bool graceful);

    void AddTask(const Task &task);
    void AddPriorityTask(const Task &task);
    void AddDelayTask(int timeval, const Task &task);
    void AddTimerTask(int timeval, const Task &task);
    bool IsEmpty() {return (running_num_ > 0)?false:true;}
    bool CancelTask();

    static void *ThreadFunc(void *arg) {
        reinterpret_cast(arg)->process();
        return 0;
    }
    void process();
};

3、线程池构造与析构

重点关注析构，析构函数在"优雅模式"下，可以通过原子成员变量pending_num_获知是否全部任务执行完毕

非优雅模式下，首先置stop_标志位为false意为即将析构，并通过条件变量cond_的notify_all唤醒全部线程，使其执行完当前任务后退出

bool ThreadPool::Start () {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    stop_ = false;
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_.push_back(std::thread(&ThreadFunc, this));
    }
}

bool ThreadPool::Stop (bool graceful) {
    if (graceful) {
        while (pending_num_) {
            std::chrono::milliseconds duration(5000);
            std::this_thread::sleep_for(duration);
        }
    }

    stop_ = true;
    cond_.notify_all();
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_[i].join();
    }

    pending_num_ = running_num_ = task_count_ = 0;
}

线程池的线程的实际执行函数，在执行完当前任务后会发现stop_标志位已经为false了，会纷纷退出

每个线程被操作系统调度到后，首先霸占互斥锁，注意c++11的互斥锁使用方法；

然后从任务队列中取出任务，然后释放掉互斥锁，自己去执行任务；如果没有任务，释放锁并一直等待条件变量的被通知

void ThreadPool::process () {
    while (1) {
        std::unique_lock lock(mtx_);
        while (timer_queue_.empty() && queue_.empty() && !stop_) {
            cond_.wait(lock);
        }

        if (stop_) {
            break;
        }

        if (!timer_queue_.empty()) {
            int64_t nowtime = common::getime_micros();
            Timertask newestask = timer_queue_.top();
            if (newestask.exec_time_ <= nowtime) {
                timer_queue_.pop();
                Task task = newestask.task_;
                bool flag = newestask.flag_;
                int64_t timeval = newestask.timeval_;
                if (flag) {
                    Timertask newtask(task, timeval, true);
                    timer_queue_.push(newtask);
                    ++task_count_;
                }

                ++running_num_;
                --pending_num_;
                lock.unlock();
                task();
                lock.lock();
                --running_num_;
            }
        }

        if (!queue_.empty()) {
            Task task = queue_.front();
            queue_.pop_front();

            --pending_num_;
            ++running_num_;
            lock.unlock();
            task();
            lock.lock();
            --running_num_;
        }
    }

当给线程池加入新的要执行的任务，也会先霸占锁并向任务队列里加入新的任务，然后通知某一个正在等待条件变量同步的sleeping的线程(notify_one)：

普通任务以双向数组std::deque管理，按是否重要选择前插还是后插

void ThreadPool::AddTask (const Task &task) {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    queue_.push_back(task);
    ++pending_num_;
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddPriorityTask (const Task &task) {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    queue_.push_front(task);
    ++pending_num_;
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddDelayTask (int timeval, const Task &task) {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    Timertask newtask(task, timeval);
    timer_queue_.push(newtask);
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddTimerTask (int timeval, const Task &task) {
    std::unique_lock lock(mtx_);
    Timertask newtask(task, timeval, true);
    timer_queue_.push(newtask);
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}