现代C++语言核心特性解析part1
第1章 新基础类型（C++11～C++20）
1.1 整数类型long long
C++标准中定义，long long是一个至少为64位的整数类型。C++标准还为其定义LL和ULL作为这两种类型的字面量后缀。要强调的是，字面量后缀并不是没有意义的，在某些场合下我们必须用到它才能让代码的逻辑正确，比如下面的代码：
long long x1 = 65536 << 16;
std::cout << "x1 = " << x1 << std::endl;
long long x2 = 65536LL << 16;
std::cout << "x2 = " << x2 << std::endl;
//x1 = 0
//x2 = 4294967296
这里的65536被当作32位整型操作，在左移16位以后，这个32位整型的值变成了0。在计算x2的过程中，代码给65536添加了字面量后缀LL，这使编译器将其编译为一个64位整型，左移16位后仍然可以获得正确的结果：4294967296（0x100000000）。
和其他整型一样，long long也能运用于枚举类型和位域，例如：
enum longlong_enum : long long {
x1,
x2
};
struct longlong_struct {
long long x1 : 8;
long long x2 : 24;
long long x3 : 32;
};
std::cout << sizeof(longlong_enum::x1) << std::endl; // 输出大小为8
std::cout << sizeof(longlong_struct) << std::endl; // 输出大小为8
尽量少使用宏，使用numeric_limits类模板获得整形的大小限制：
#include ::max() = "
<< std::numeric_limits<long long>::max() << std::endl;
std::cout << "std::numeric_limits::min() = "
<< std::numeric_limits<long long>::min() << std::endl;
std::cout << "std::numeric_limits::max() = "
<< std::numeric_limits<unsigned long long>::max() << std::endl;
// 使用printf打印输出
std::printf("LLONG_MAX = %lld\n", LLONG_MAX);
std::printf("LLONG_MIN = %lld\n", LLONG_MIN);
std::printf("ULLONG_MAX = %llu\n", ULLONG_MAX);
}
输出结果：
LLONG_MAX = 9223372036854775807
LLONG_MIN = -9223372036854775808
ULLONG_MAX = 18446744073709551615
std::numeric_limits<long long>::max() = 9223372036854775807
std::numeric_limits<long long>::min() = -9223372036854775808
std::numeric_limits<unsigned long long>::max() = 18446744073709551615
LLONG_MAX = 9223372036854775807
LLONG_MIN = -9223372036854775808
ULLONG_MAX = 18446744073709551615
1.2 新字符类型char16_t和char32_t
在C++11标准中添加两种新的字符类型char16_t和char32_t，它们分别用来对应Unicode字符集的UTF-16和UTF-32两种编码方法。
1.2.1 字符集和编码方法
UTF-32是最简单的编码方法，该方法用一个32位的内存空间（也就是4字节）存储一个字符编码，由于Unicode字符集的最大个数为0x10FFFF（ISO 10646），因此4字节的空间完全能够容纳任何一个字符编码。
UTF-16编码方法所需的内存空间从32位缩小到16位（占用2字节），但是由于存储空间的缩小，因此UTF-16最多只能支持0xFFFF个字符，这显然不太够用，于是UTF-16采用了一种特殊的方法来表达无法表示的字符。简单来说，从0x0000～0xD7FF以及0xE000～0xFFFF直接映射到Unicode字符集，而剩下的0xD800～0xDFFF则用于映射0x10000～0x10FFFF的Unicode字符集，映射方法为：字符编码减去0x10000后剩下的20比特位分为高位和低位，高10位的映射范围为0xD800～0xDBFF，低10位的映射范围为0xDC00～0xDFFF。
最后说一下我们最常用的UTF-8编码方法，它是一种可变长度的编码方法。由于UTF-8编码方法只占用8比特位（1字节），因此要表达完数量高达0x10FFFF的字符集，它采用了一种前缀编码的方法。这个方
法可以用1～4字节表示字符个数为0x10FFFF的Unicode（ISO 10646）字符集。为了尽量节约空间，常用的字符通常用1～2字节就能表达，其他的字符才会用到3～4字节，所以在内存空间可以使用UTF-8，但是计算字符串长度和查找字符在UTF-8中却是一个令人头痛的问题。
1.2.2 使用新字符类型char16_t和char32_t
使用char处理UTF-8, char16_t处理UTF-16, char32_t处理UTF-32。除此之外，C++11标准还为3种编码提供了新前缀用于声明3种编码字符和字符串的字面量，它们分别是UTF-8的前缀u8、UTF-16的前缀u和UTF-32的前缀U：
char utf8c = u8'a'; // C++17标准
//char utf8c = u8'好';
char16_t utf16c = u'好';
char32_t utf32c = U'好';
char utf8[] = u8"你好世界";
char16_t utf16[] = u"你好世界";
char32_t utf32[] = U"你好世界";
char utf8c = u8’a’在C++11标准中实际上是无法编译成功的，因为在C++11标准中u8只能作为字符串字面量的前缀，而无法作为字符的前缀。这个问题直到C++17标准才得以解决，所以上述代码需要C++17的环境来执行编译。
char utf8c = u8’好’是无法通过编译的，因为存储“好”需要3字节，显然utf8c只能存储1字节，所以会编译失败。
1.2.3 wchar_t存在的问题
在C++98的标准中提供了一个wchar_t字符类型，并且还提供了前缀L，用它表示一个宽字符。
起初在定义
wchar_t时并没有规定其占用内存的大小。于是就给了实现者充分的自由，以至于在Windows上wchar_t是一个16位长度的类型（2字节），而在Linux和macOS上wchar_t却是32位的（4字节）。这导致了一个严重的后果，我们写出的代码无法在不同平台上保持相同行为。
1.2.4 新字符串连接
字符串连接的规则：如果两个字符串字面量具有相同的前缀，则生成的连接字符串字面量也具有该前缀。如果其中一个字符串字面量没有前缀，则将其视为与另一个字符串字面量具有相同前缀的字符串字面量，其他的连接行为由具体实现者定义。
另外，这里的连接操作是编译时的行为，而不是一个转换。例如连接"\xA" “B"的结果应该是”\nB"（换行符和字符B），而不是一个字符"\xAB"。
1.2.5 库对新字符类型的支持
C11在中增加了4个字符的转换函数，包括：
size_t mbrtoc16( char16_t* pc16, const char* s, size_t n, mbstate_t* ps );
size_t c16rtomb( char* s, char16_t c16, mbstate_t* ps );
size_t mbrtoc32( char32_t* pc32, const char* s, size_t n, mbstate_t* ps );
size_t c32rtomb( char* s, char32_t c32, mbstate_t* ps );
//它们的功能分别是多字节字符和UTF-16编码字符互转，以及多字节字符和UTF-32编码字符互转。
//在C++11中，我们可以通过包含来使用这4个函数。
1.3 char8_t字符类型
C++20标准新引入的类型char8_t,它可以代替char作为UTF-8的字符类型。char8_t具有和unsigned char相同的符号属性、存储大小、对齐方式以及整数转换等级。引入char8_t类型后，在C++17环境下可以编译的UTF-8字符相关的代码会出现问题，例如：
char str[] = u8"text"; // C++17编译成功；C++20编译失败，需要char8_t
char c = u8'c';
char8_t c8a[] = "text"; // C++20编译失败，需要char
char8_t c8 = 'c';
在 C++17 中，可以使用 u8 字符串文字初始化 char 的数组。 在 C++20 中，此初始化格式不正确，并导致编译器错误 C2440。 这种行为可能是一个破坏源的变化。
第2章 内联和嵌套命名空间（C++11～C++20）
2.1 内联命名空间的定义和使用
开发一个大型工程必然会有很多开发人员的参与，也会引入很多第三方库，这导致程序中偶尔会碰到同名函数和类型，造成编译冲突的问题。为了缓解该问题对开发的影响，我们需要合理使用命名空间:
namespace S1 {
void foo() {}
}
namespace S2 {
void foo() {}
}
using namespace S1;
int main()
{
foo();
S2::foo();
}
C++11标准增强了命名空间的特性，提出了内联命名空间的概念。内联命名空间能够把空间内函数和类型导出到父命名空间中，这样即使不指定子命名空间也可以使用其空间内的函数和类型了，比如：
#include 该特性可以帮助库作者无缝升级库代码，让客户不用修改任何代码也能够自由选择新老库代码。
#include 虽然foo函数从V1升级到了V2，但是客户的代码并不需要任何修改。如果用户还想使用V1版本的函数，则只需要统一添加函数版本的命名空间，比如Parent::V1::foo()。
请注意，示例代码中只能有一个内联命名空间，否则编译时会造成二义性问题，编译器不知道使用哪个内联命名空间的foo函数。
2.2 嵌套命名空间的简化语法
C++17标准允许使用一种更简洁的形式描述嵌套命名空间，例如：
namespace A::B::C {
int foo() { return 5; }
}
以上代码等同于：
namespace A {
namespace B {
namespace C {
int foo() { return 5; }
}
}
}
另外有些遗憾的是，在C++17标准中没有办法简洁地定义内联命名空间，这个问题直到C++20标准才得以解决。在C++20中，我们可以这样定义内联命名空间：
namespace A::B::inline C {
int foo() { return 5; }
}
// 或者
namespace A::inline B::C {
int foo() { return 5; }
}
它们分别等同于:
namespace A::B {
inline namespace C {
int foo() { return 5; }
}
}
namespace A {
inline namespace B {
namespace C {
int foo() { return 5; }
}
}
}
请注意，inline可以出现在除第一个namespace之外的任意namespace之前。