c++11有哪些特性

C++11是C++语言的一个重要版本，它在C++03的基础上进行了大量的改进和扩展，引入了众多新特性和改进点。以下是一些C++11的主要特性：

1. 类型推导

示例：

	auto a = 10; // a被推导为int类型
	double b = 2.0;
	auto c = b; // c被推导为double类型

1.2. decltype关键字

与auto不同，decltype用于在编译时推断表达式的类型，而不是变量的类型。decltype的结果类型与表达式的类型完全相同，包括引用和const限定符。它主要用于模板编程中，帮助编译器推断出复杂的函数返回类型。

示例：

	int x = 0;
	decltype(x) y = 1; // y被推导为int类型
	const int& z = x;
	decltype(z) w = y; // w被推导为const int&类型，保留了z的引用和const限定符

1.3. 使用限制和注意事项

1.4. 应用场景

总之，C++11的类型推导机制通过auto和decltype关键字，为开发者提供了一种灵活、强大的类型推断方式，使得代码更加简洁、易读和可维护。

• C++11中的类型推导是一种在编译时自动推断变量或表达式类型的机制，它主要通过两个关键字实现：auto和decltype。这种机制极大地简化了代码编写，提高了编程效率，特别是在处理复杂类型或模板编程时尤为有用。

  1.1.auto关键字

  auto关键字用于在声明变量时让编译器自动根据初始化表达式推断变量的类型。使用auto时，必须立即对变量进行初始化，否则编译器无法推断其类型。auto的使用场景包括但不限于：

• 初始化表达式类型较为复杂或冗长时，使用auto可以简化代码。
• 模板编程中，模板参数的类型可能不确定，使用auto可以避免显式指定类型。
• auto的使用必须立即初始化，否则编译失败。
• auto在一行中定义多个变量时，各个变量的推导不能产生二义性，否则编译失败。
• auto不能用作函数参数、类中的非静态成员变量，也不能定义数组（但可以定义指针）。
• auto无法推导出模板参数类型。
• decltype保留了表达式的引用和const限定符，而auto在不是引用或指针时，会忽略这些属性。
• 在模板编程中，自动推导函数返回类型。
• 在处理复杂类型或容器时，简化代码书写。
• 在需要保持代码类型安全，但又不想显式指定类型时。

2. 初始化

总之，C++11的初始化特性为C++程序员提供了更灵活、更安全的初始化方式，使得代码更加简洁、易于理解和维护。

• 	auto x = 10; // x的类型是int
  	auto y = 3.14; // y的类型是double
  	std::vector v = {1, 2, 3};
  	auto z = v.begin(); // z的类型是std::vector::iterator

  2.1.构造函数和聚合初始化的改进

  在C++11中，聚合类型（如结构体和数组）的初始化得到了改进。特别是，即使聚合类型没有显式构造函数，也可以使用统一初始化（列表初始化）来初始化其成员。此外，如果聚合类型的所有成员都是公开的，且都是非引用类型，则可以使用花括号直接初始化。

  	struct Point {
  	int x, y;
  	};
  	Point p1{1, 2}; // 使用统一初始化初始化Point的x和y成员

  2.2.注意事项

• 统一初始化在某些情况下可能与拷贝初始化（使用圆括号()）有不同的行为，特别是当涉及到构造函数重载时。
• 使用统一初始化可以避免最值压缩（narrowing conversion）的问题，但在某些情况下也可能会导致类型推导不符合预期。
• auto关键字的使用依赖于初始化表达式，因此必须确保初始化表达式是有效的，并且其类型可以被编译器推断出来。

3. 智能指针

这三种智能指针各有用途，但它们共同构成了C++11中强大的资源管理机制，有助于编写更安全、更易于维护的代码。

• C++11 引入了三种主要的智能指针，它们分别是 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr。这些智能指针旨在帮助管理动态分配的内存，自动释放不再需要的资源，从而避免内存泄漏。

• 3.1.std::unique_ptr

  • std::unique_ptr 表示对对象的独占所有权。在同一时间内，只能有一个 std::unique_ptr 指向一个给定的对象。当 std::unique_ptr 被销毁时（例如，离开作用域时），它所指向的对象也会被自动删除。
  • std::unique_ptr 不支持拷贝构造和拷贝赋值，但支持移动构造和移动赋值，这允许将所有权从一个 std::unique_ptr 转移到另一个。
  • 适用于需要独占访问权的情况，如管理动态分配的单例对象。

• 3.2.std::shared_ptr

  • std::shared_ptr 表示对对象的共享所有权。多个 std::shared_ptr 实例可以指向同一个对象，并使用内部的引用计数来跟踪有多少个 shared_ptr 指向该对象。当最后一个指向对象的 shared_ptr 被销毁或重置时，对象才会被删除。
  • 支持拷贝构造和拷贝赋值，这会增加或减少内部引用计数的值。
  • 适用于需要多个所有者共享同一资源的情况。

• 3.3.std::weak_ptr

  • std::weak_ptr 是一种不拥有其所指对象的智能指针。它主要用于解决 std::shared_ptr 之间的循环引用问题。
  • std::weak_ptr 可以从 std::shared_ptr 或另一个 std::weak_ptr 创建，但它不增加对象的引用计数。
  • 当 std::weak_ptr 指向的对象被销毁时，它会自动变为空指针，但不会自动删除对象。
  • std::weak_ptr 提供了 lock() 方法，该方法尝试获取一个指向对象的 std::shared_ptr。如果对象仍然存在，lock() 将返回一个指向该对象的 std::shared_ptr；如果对象已被销毁，则返回一个空的 std::shared_ptr。

4. 并发支持

4.2. 同步机制

4.3. 原子操作

4.4. 并发工具

4.5. 并发编程实践

总之，C++并发支持为开发者提供了丰富的工具和机制，以帮助他们编写高效、可靠的并发程序。通过合理利用这些工具和机制，开发者可以充分利用多核处理器的计算能力，提高程序的执行效率和响应速度。

• C++并发支持是指C++标准库提供的一系列工具和机制，旨在帮助开发者编写能够同时执行多个任务（或线程）的并发程序。从C++11开始，C++标准正式引入了多线程编程的支持，为并发编程提供了丰富的功能。以下是C++并发支持的主要方面：

  4.1. 线程管理

• 线程库：C++11通过头文件引入了std::thread类，用于表示和管理线程。开发者可以创建std::thread对象来启动新线程，并通过调用其成员函数（如join()和detach()）来管理线程的生命周期。
• 线程函数：每个线程都需要一个函数来执行其任务。在C++中，这个任务可以是一个普通函数、函数对象、Lambda表达式或可调用对象。
• 互斥锁（Mutexes）：为了防止多个线程同时访问共享数据而导致的竞争条件，C++11提供了互斥锁（如std::mutex、std::recursive_mutex和std::timed_mutex）。这些锁允许一个线程在访问共享资源时锁定它，从而阻止其他线程同时访问。
• 锁保护器（Lock Guards）：为了简化互斥锁的使用，C++11还提供了锁保护器（如std::lock_guard和std::unique_lock）。这些类在构造时自动锁定互斥锁，并在析构时自动释放锁，从而避免了忘记释放锁的问题。
• 条件变量（Condition Variables）：条件变量允许线程在特定条件成立时继续执行。它们通常与互斥锁一起使用，以在多个线程之间同步事件。
• 原子类型：C++11通过头文件提供了原子类型的支持。原子类型是一种特殊的类型，其操作是原子的，即不可中断的。这有助于在多线程环境中安全地读写共享数据。
• 原子操作函数：除了原子类型外，C++11还提供了一系列原子操作函数，用于执行如加载、存储、比较并交换（CAS）等原子操作。
• std::async：std::async函数用于启动一个异步任务，并返回一个std::future对象，该对象用于获取异步任务的执行结果。这使得开发者可以更容易地编写基于任务的并发代码。
• std::future和std::promise：std::future用于获取异步操作的结果，而std::promise则用于设置这些结果。它们共同提供了一种机制，允许在不同线程之间传递数据和异常信息。
• 避免共享数据：尽可能减少线程间的数据共享，以降低同步的复杂性。
• 使用同步机制：在需要共享数据时，使用合适的同步机制来保护共享资源。
• 设计合理的并发策略：根据应用程序的特性和需求，设计合理的并发策略和任务划分，以提高程序的性能和响应能力。

5. 右值引用与移动语

• C++中的右值引用和移动语义是C++11标准中引入的两个重要特性，它们主要用于提高资源管理和性能优化的效率，特别是在处理大型对象（如动态分配的内存、文件句柄、大型数据结构等）时。

  5.1.右值引用

  在C++中，表达式根据它们是否能被修改被分为左值（lvalue）和右值（rvalue）。左值是可以被取地址的表达式，通常代表一个持久的对象或函数；而右值则通常是一个临时的、非持久的值，它们没有稳定的存储位置，比如字面量、临时对象或返回非引用类型的函数调用的结果。

  C++11通过引入右值引用的概念，允许我们直接绑定到右值上。右值引用通过类型后的&&符号来声明，例如int&&。这使得我们可以对右值进行操作，而不仅仅是复制或销毁它们。

  5.2.移动语义

  移动语义是与右值引用紧密相关的概念。在传统的C++中，当我们从一个对象（源对象）赋值给另一个对象（目标对象）时，我们通常是通过复制构造函数或赋值操作符来实现的。这意味着源对象的所有内容都会被复制到目标对象中，这对于大型对象来说是非常昂贵的操作。

  移动语义允许我们在赋值时“窃取”源对象的资源（如动态分配的内存、文件句柄等），而不是复制它们。这通过定义移动构造函数和移动赋值操作符来实现，这些函数接受右值引用作为参数。当使用右值（如临时对象）作为赋值操作的源时，编译器会优先选择移动构造函数或移动赋值操作符（如果可用），而不是复制构造函数或赋值操作符。

  5.3.示例

  考虑一个简单的字符串类String，它内部使用std::unique_ptr来管理动态分配的字符数组。

  	#include
  	#include
  	class String {
  	public:
  	std::unique_ptr data;
  	size_t size;
  	// 构造函数
  	String(const char* str) : size(std::strlen(str)) {
  	data = std::make_unique(size + 1);
  	std::strcpy(data.get(), str);
  	}
  	// 移动构造函数
  	String(String&& other) noexcept : data(std::move(other.data)), size(other.size) {
  	other.data = nullptr; // 避免析构时释放已移动的资源
  	other.size = 0;
  	}
  	// 移动赋值操作符
  	String& operator=(String&& other) noexcept {
  	if (this != &other) {
  	data = std::move(other.data);
  	size = other.size;
  	other.data = nullptr;
  	other.size = 0;
  	}
  	return *this;
  	}
  	// 析构函数
  	~String() {
  	// 无需显式释放data，因为std::unique_ptr会自动处理
  	}
  	// 其他成员函数...
  	};

  在这个例子中，移动构造函数和移动赋值操作符通过窃取源对象的data（即动态分配的字符数组）来避免不必要的复制，从而提高了效率。注意，在移动操作之后，源对象（other）被置于一个有效的但不可用的状态（通常是通过将其指针成员设置为nullptr或类似操作），以确保其析构函数不会释放已移动的资源。

6. 容器和算法

6.2.算法（Algorithms）

算法是对容器中的数据进行处理的一系列步骤的集合。C++标准库中的算法通常定义在头文件中，它们不依赖于任何特定的容器类型，而是通过迭代器来访问和操作容器中的元素。以下是一些常见的算法示例：

这些算法和容器共同构成了C++标准库的核心部分，为开发者提供了强大而灵活的数据管理和处理能力。在实际编程中，根据具体需求选择合适的容器和算法是提高程序效率和可读性的关键。

• C++11（及后续版本）中的容器和算法是C++标准库中的重要组成部分，它们共同为开发者提供了强大的数据结构和数据处理能力。以下是对C++11中容器和算法的详细解释：

  6.1.容器（Containers）

  容器是一种用于存储和管理数据的结构，它们封装了数据的存储方式，并提供了一组操作这些数据的方法。C++11及其后续版本支持多种类型的容器，每种容器都有其特定的用途和性能特点。以下是一些常见的容器类型：

• 6.1.1.顺序容器

  • vector：一个可变大小的数组，支持快速随机访问，但在非尾部插入或删除元素时可能效率较低。
  • list：一个双向链表，支持快速的插入和删除操作，但随机访问较慢。
  • forward_list：一个单向链表，与list类似，但只能单向遍历。
  • deque：一个双端队列，支持在两端快速插入和删除元素，也支持随机访问。

• 6.1.2.关联容器

  • map和multimap：基于键值对存储元素，支持通过键快速查找、插入和删除元素。map中每个键都是唯一的，而multimap允许键重复。
  • set和multiset：仅存储键的容器，与map和multimap类似，但只包含键而没有与之关联的值。set中每个元素都是唯一的，而multiset允许元素重复。

• 6.1.3.无序容器（C++11新增）

  • unordered_map和unordered_multimap：使用哈希表实现的map和multimap，提供平均常数时间的查找、插入和删除操作。
  • unordered_set和unordered_multiset：使用哈希表实现的set和multiset，同样提供平均常数时间的查找、插入和删除操作。

• 6.1.4.其他容器

  • array（C++11新增）：固定大小的数组，比传统数组更安全，提供了更多的成员函数和迭代器支持。
  • string：专门用于存储字符序列的容器，提供了丰富的字符串操作功能。

• 6.2.1.查找算法

  • find：在指定范围内查找等于给定值的第一个元素。
  • find_if：在指定范围内查找满足特定条件的第一个元素。

• 6.2.2.排序和比较算法

  • sort：对指定范围内的元素进行排序。
  • unique：移除指定范围内相邻的重复元素，只保留每个元素的第一个实例。

• 6.2.3.复制和移动算法

  • copy：将指定范围内的元素复制到另一个容器中。
  • move：将指定范围内的元素移动到另一个容器中，通常用于优化性能。

• 6.2.4.修改算法

  • fill：将指定范围内的所有元素设置为给定的值。
  • replace：将指定范围内等于给定值的所有元素替换为另一个值。

• 6.2.5.分区算法

  • partition：根据给定的条件重新排列元素，使得满足条件的元素位于不满足条件的元素之前。

7. 其他特性

• constexpr函数：允许在编译时计算表达式的值，提高了代码的性能和可优化性。
• final和override关键字：final用于防止类被继承或虚函数被重写，override用于显式指定某个成员函数覆盖了基类中的虚函数。
• lambda表达式：提供了一种简洁的匿名函数表示方式，便于在需要函数对象的地方使用。
• 别名模板：允许为模板类型定义别名，提高了代码的清晰度和可读性。

C++11的这些特性极大地增强了C++语言的表达能力、灵活性和安全性，使得C++更加适合现代软件开发的需求。