转载：10分钟速览 C++20 新增特性
template<typename T> requires Incrementable<T>
void Foo(T t);
template<typename T>
void Foo(T t) requires Incrementable<T>;
void Foo(Incrementable auto t);
例子
template <typename T> concept HasSize = requires (T x){
{x.size()} -> std::convertible_to<std::size_t>;
};
template<typename T>
requires Incrementable<T> && Decrementable<T>
void Foo(T t);
// or
template<typename T>
concept Incr_Decrementable = Incrementable<T> && Decrementable<T>;
template<Incr_Decrementable T>
void Foo(T t);
Lambda 表达式的更新
[=, this] 需要显式捕获this变量
- C++20 之前
[=] 隐式捕获this
- C++20 开始 需要显式捕获this:
[=, this]
模板形式的 Lambda 表达式
可以在lambda表达式中使用模板语法
[]template<T>(T x) {/* … /};
[]template<T>(T p) {/* … /};
[]template<T, int N>(T (&a)[N]) {/ … /};
原因1
- C++20之前: 获取 vector 元素类型, 你需要这么写
auto func = [](auto vec){
using T = typename decltype(vec)::value_type;
}
auto func = []<typename T>(vector<T> vec){
// …
}
原因2: 方便获取通用lambda形参类型, 访问静态函数
auto func = [](auto const& x){
using T = std::decay_t<decltype(x)>;
T copy = x; T::static_function();
using Iterator = typename T::iterator;
}
auto func = []<typename T>(const T& x){
T copy = x; T::static_function();
using Iterator = typename T::iterator;
}
原因3: 完美转发
auto func = [](auto&& …args) {
return foo(std::forward<decltype(args)>(args)…);
}
auto func = []<typename …T>(T&& …args){
return foo(std::forward(args)…);
}
Lambda 表达式捕获支持打包展开(Pack Expansion)
template<class F, class… Args>
auto delay_invoke(F f, Args… args){
return [f, args…]{
return std::invoke(f, args…);
}
}
template<class F, class… Args>
auto delay_invoke(F f, Args… args){
// Pack Expansion: args = std::move(args)…
return f = std::move(f), args = std::move(args)…{
return std::invoke(f, args…);
}
}
常量表达式(constexpr) 的更新
constexpr 虚函数-
constexpr 的虚函数可以重写非 constexpr 的虚函数- 非
constexpr 虚函数可以重写 constexpr 的虚函数
constexpr 函数可以:-
- 使用
dynamic_cast() 和 typeid
- 动态内存分配
- 更改
union成员的值
- 包含
try/catch
-
- 但是不允许
throw 语句
- 在触发常量求值的时候 try/catch 不发生作用
- 需要开启
constexpr std::vector
constexpr string & vector
std::string 和 std::vector 类型现在可以作为 constexpr- 未来需要支持
constexpr 反射
原子(Atomic)智能指针
- 智能指针(shared_ptr)线程安全吗?
-
- 是: 引用计数控制单元线程安全, 保证对象只被释放一次
- 否: 对于数据的读写没有线程安全
- 如何将智能指针变成线程安全?
-
- 使用
mutex 控制智能指针的访问
- 使用全局非成员原子操作函数访问, 诸如: std::atomic_load(), atomic_store(), …
-
- C++20:
atomic>, atomic>
-
- 内部原理可能使用了
mutex
- 全局非成员原子操作函数标记为不推荐使用(deprecated)
例子
template<typename T>
class concurrent_stack {
struct Node {
T t;
shared_ptr<Node> next;
};
atomic_shared_ptr<Node> head;
// C++11: 去掉 “atomic_” 并且在访问时, 需要用
// 特殊的函数控制线程安全, 例如用std::tomic_load
public:
class reference {
shared_ptr<Node> p;
<snip>
};
auto find(T t) const {
auto p = head.load(); // C++11: atomic_load(&head)
while (p && p->t != t)
p = p->next;
return reference(move(p));
}
auto front() const {
return reference(head);
}
void push_front(T t) {
auto p = make_shared<Node>();
p->t = t; p->next = head;
while (!head.compare_exchange_weak(p->next, p)){
} // C++11: atomic_compare_exchange_weak(&head, &p->next, p); }
void pop_front() {
auto p = head.load();
while (p && !head.compare_exchange_weak(p, p->next)) {
} // C++11: atomic_compare_exchange_weak(&head, &p, p->next);
}
};
例子来自 Herb Sutter 的 N4162 论文
自动合流(Joining), 可中断(Cancellable) 的线程
- std::jthread
-
- 头文件
- 支持中断
- 析构函数中自动 Join
-
- 析构函数调用
stop_source.request_stop() 然后 join()
- 中断线程执行
-
- 头文件
std::stop_token-
- 用来查询线程是否中断
- 可以和
condition_variable_any配合使用
std::stop_source-
- 用来请求线程停止运行
- stop_resources 和 stop_tokens 都可以查询到停止请求
std::stop_callback-
- 如果对应的
stop_token 被要求终止, 将会触发回调函数
- 用法: std::stop_callback myCallback(myStopToken, []{ / … / });
例子
std::thread 在析构函数中如果线程 joinable() 会直接调用 std::terminate() 直接导致程序退出
void DoWorkPreCpp20() {
std::thread job([] { / … */ });
try {
// … Do something else …
} catch (…) {
job.join();
throw; // rethrow
}
job.join();
}
void DoWork() {
std::jthread job([] { /* … */ });
// … Do something else …
} // jthread destructor automatically calls join()
std::jthread job([](std::stop_token token) {
while (!token.stop_requested()) {
//…
}
});
//… job.request_stop();
// auto source = job.get_stop_source()
// auto token = job.get_stop_token()
C++20 同步(Synchronization)库
- 信号量(Semaphore), 维基百科请走这里
-
- 头文件
- 轻量级的同步原语
- 可用来实现任何其他同步概念, 如: mutex, latches, barriers, …
- 两种类型:
-
- 多元信号量(counting semaphore): 建模非负值资源计数
- 二元信号量(binary semaphore): 只有一个插孔, 两种状态, 最适合实现
mutex
std::atomic 等待和通知接口-
- 等待/阻塞在原子对象直到其值发生改变, 通过通知函数发送通知
- 比轮训(polling)来的更高效
- 方法
-
wait()notify_one()notify_all()
- 锁存器(Latch)和屏障(Barrier)
-
- 锁存器(Latches)
-
- 头文件
- 线程的同步点
-
- 线程将阻塞在这个位置, 直到到达的线程个数达标才放行, 放行之后不再关闭
- 锁存器只会作用一次
- 屏障(Barriers)
-
- 多个阶段
- 每个阶段中
-
- 一个参与者运行至屏障点时被阻塞，需要等待其他参与者都到达屏障点, 当到达线程数达标之后
- 阶段完成的回调将被执行
- 线程计数器被重置
- 开启下一阶段
- 线程得以继续执行
std::atomic_ref
- 头文件
- Atomic 引用
- 通过引用访问变为原子操作, 被引用对象可以为非原子类型
其他更新
指定初始化(Designated Initializers)
struct Data {
int anInt = 0;
std::string aString;
};
Data d{ .aString = “Hello” };
航天飞机操作符 <=>
- 正规名称: 三路比较运算符
- 三路比较结果如下
-
- (a <=> b) < 0 // 如果 a < b 则为 true
- (a <=> b) > 0 // 如果 a > b 则为 true
- (a <=> b) == 0 // 如果 a 与 b 相等或者等价 则为 true
- 类似于C的strcmp 函数返回-1, 0, 1
- 一般情况: 自动生成所有的比较操作符, 如果对象是结构体则逐个比较, 可以用下面代码代替所有的比较运算符
-
auto X::operator<=>(const Y&) = default;
- 高级情况: 指定返回类型(支持6种所有的比较运算符)
![转载：[10分钟速览 C++20 新增特性]_第1张图片](http://img.e-com-net.com/image/info8/1cdc865ed76140109bb06c3db32162ae.jpg)
示例:
class Point {
int x; int y;
public:
friend bool operator(const Point& a, const Point& b){
return a.xb.x && a.yb.y;
}
friend bool operator< (const Point& a, const Point& b){
return a.x < b.x || (a.x b.x && a.y < b.y);
}
friend bool operator!=(const Point& a, const Point& b) {
return !(a==b);
}
friend bool operator<=(const Point& a, const Point& b) {
return !(b<a);
}
friend bool operator> (const Point& a, const Point& b) {
return b<a;
}
friend bool operator>=(const Point& a, const Point& b) {
return !(a<b);
}
// … 其他非比较函数 …
};
#include
class Point {
int x; int y;
public:
auto operator<=>(const Point&) const = default; // 比较操作符自动生成
// … 其他非比较函数 …
};
- 标准库类型支持 <=>
-
- vector, string, map, set, sub_match, …
- 例如:
![转载：[10分钟速览 C++20 新增特性]_第2张图片](http://img.e-com-net.com/image/info8/20387aae3f3443a192c4ac91e5d68cd8.jpg)
范围 for 循环语句支持初始化语句
struct Foo {
int value; int result;
};
Foo GetData() {
return Foo();
}
int main() {
switch (auto data = GetData(); data.value) {
case 1:
return data.result;
}
}
struct Foo {
int value; int result;
};
Foo* GetData() {
return new Foo();
}
int main() {
if (auto data = GetData(); data) {
// Use 'data’
}
}
- 现在范围 for 循环同样支持初始化 (C++20):
struct Foo {
std::vector<int> values;
};
Foo GetData() {
return Foo();
}
int main() {
for (auto data = GetData();
auto& value : data.values) {
// Use 'data’
}
}
非类型模板形参支持字符串
template<auto& s> void DoSomething() {
std::cout << s << std::endl;
}
int main() {
DoSomething<“CppCon”>();
}
[[likely]], [[unlikely]]
先验概率指导编译器优化
switch (value) {
case 1: break;
[[likely]] case 2: break;
[[unlikely]] case 3: break;
}
日历(Calendar)和时区(Timezone)功能
- 增加日历和时区的支持
- 只支持公历(Gregorian calendar)
-
- 初始化 年, 月 日的方法
// creating a year
auto y1 = year{ 2019 };
auto y2 = 2019y;
// creating a mouth
auto m1 = month{ 9 };
auto m2 = September;
// creating a day
auto d1 = day{ 18 };
auto d2 = 18d;
year_mouth_day fulldate1{2019y, September, 18d};
auto fulldate2 = 2019y / September / 18d;
year_mouth_day fulldate3{Monday[3]/September/2019}; // Monday[3] 表示第三个星期一
using days = duration<signed interger type of at least 25bits,
ratio_multiply<ratio<24>, hours::period>>;
using weeks = …; using mouths = …;
using years = …;
weeks w{1}; // 1 周
days d{w}; // 将 1 周 转换成天数
- 新的时钟类型, (之前有
system_clock, steady_clock, high_resolution_clock):
-
utc_clock: represents Coordinated Universal Time (UTC), measures time since 00:00:00 UTC, Thursday, 1 January 1970, including leap secondstai_clock: represents International Atomic Time (TAI), measures time since 00:00:00, 1 January 1958, and was offseted 10 seconds ahead of UTC at that date, it does not include leap secondsgps_clock: represents Global Positioning System (GPS) time, measures time since 00:00:00, 6 January 1980 UTC, it does not include leap secondsfile_clock: alias for the clock used for std::filesystem::file_time_type, epoch is unspecified
- 新增
system_clock相关的别名
template<class Duration>
using sys_time = std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock, Duration>;
using sys_seconds = sys_time<std::chrono::seconds>;
using sys_days = sys_time<std::chrono::days>;
// 用例:
system_clock::time_point t = sys_days{ 2019y / September / 18d }; // date -> time_point
auto yearmonthday = year_month_day{ floor<days>(t) }; // time_point -> date
auto t = sys_days{2019y/September/18d} + 9h + 35min + 10s; // 2019-09-18 09:35:10 UTC
// Convert UTC to Denver
time: zoned_time denver = { “America/Denver”, t };
// Construct a local time in Denver:
auto t = zoned_time{
“America/Denver”, local_days{Wednesday[3] / September / 2019} + 9h
};
// Get current local time:
auto t = zoned_time{ current_zone(), system_clock::now() };
std::span
- 头文件
- 某段连续数据的”视图”
- 不持有数据, 不分配和销毁数据
- 拷贝非常快, 推荐复制的方式传参(类似
string_view)
- 不支持数据跨步(stride)
- 可通过运行期确定长度也可编译器确定长度
int data[42]; span<int, 42> a {data}; // fixed-size: 42 ints
span<int> b {data}; // dynamic-size: 42 ints
span<int, 50> c {data}; // compilation error
span<int> d{ ptr, len }; // dynamic-size: len ints
特性测试宏
通过它可以判断编译器是否支持某个功能, 例如
- 语言特性
-
__has_cpp_attribute(fallthrough)__cpp_binary_literals__cpp_char8_t__cpp_coroutines
- 标准库特性
-
__cpp_lib_concepts__cpp_lib_ranges__cpp_lib_scoped_lock
包含 C++ 标准库版本, 发布日期, 版权证书, 特性宏等
consteval 函数
constexpr 函数可能编译期执行, 也可以在运行期执行, consteval 只能在编译器执行, 如果不满足要求编译不通过
constinit
强制指定以常量方式初始化
const char GetStringDyn() {
return “dynamic init”;
}
constexpr const char GetString(bool constInit) {
return constInit ?
“constant init” :
GetStringDyn();
}
constinit const char a = GetString(true); // ✔
constinit const char b = GetString(false); // ❌
用 using 引用 enum 类型
enum class CardTypeSuit {
Clubs,
Diamonds,
Hearts,
Spades
};
std::string_view GetString(const CardTypeSuit cardTypeSuit) {
switch (cardTypeSuit) {
case CardTypeSuit::Clubs:
return “Clubs”;
case CardTypeSuit::Diamonds:
return “Diamonds”;
case CardTypeSuit::Hearts:
return “Hearts”;
case CardTypeSuit::Spades:
return “Spades”;
}
}
std::string_view GetString(const CardTypeSuit cardTypeSuit) {
switch (cardTypeSuit) {
using enum CardTypeSuit; // 这里
case Clubs: return “Clubs”;
case Diamonds: return “Diamonds”;
case Hearts: return “Hearts”;
case Spades: return “Spades”;
}
}
格式化库(std::format)
不展开, 类似Python 的格式化,
std::string s = std::format(“Hello CppCon {}!”, 2019);
增加数学常量
再也不用为 M_PI 发愁啦
- 头文件
- 包含 e, log2e, log10e pi, inv_pi, inv_sqrt pi ln2, ln10 sqrt2, sqrt3, inv_sqrt3 egamma
std::source_location
用于获取代码位置, 对于日志和错误信息尤其有用
[[nodiscard(reason)]]
表明返回值不可抛弃, 加入理由的支持
[[nodiscard(“Ignoring the return value will result in memory leaks.”)]]
void GetData() { / … */ }
位运算
加入循环移位, 计数0和1位等功能
一些小更新
- 字符串支持 starts_with, ends_with
- map 支持 contains 查询是否存在某个键
- list 和 forward list 的 remove, remove_if 和 unique 操作返回 size_type 表明删除个数
- 增加 shift_left, shift_right
midpoint 计算中位数, 可避免溢出lerp 线性插值 lerp( float a, float b, float t ) 返回 - 新的向量化策略
unsequenced_policy(execution::unseq)
std::string str = “Hello world!”;
bool b = str.starts_with(“Hello”); // starts_with, ends_with
std::map myMap{ std::pair{1, "one"s}, {2, "two"s}, {3, "three"s} };
bool result = myMap.contains(2); // contains, 再也不用 .find() == .end() 了
