C++0X中值得关注的几大变化

声明:本文源自 Danny Kalev 在 2011 年 6 月 21 日发表的《The Biggest Changes in C++11(and Why You Should Care)》一文,几乎所有内容都搬了过来,但不是全文照译,有困惑之处,请参详原文( http://www.softwarequalityconnection.com/2011/06/the-biggest-changes-in-c11-and-why-you-should-care/ )。
注:作者 Danny Kalev 曾是 C++ 标准委员会成员。

C++之父Bjame Stroustrup最近说C++11就像一个新语言,的确,C++11核心已经发生了巨大的变化,它现在支持Lambda表达式,对象类型自动推断,统一的初始化语法,委托构造函数,deleted和defaulted函数声明nullptr,以及最重要的右值引用。

C++0X中值得关注的几大变化_第1张图片

【编辑推荐】

C++0x FAQ中文版(http://imcc.blogbus.com/logs/106046323.html

C++11标准库也使用新的算法,新的容器类,原子操作,类型特征,正则表达式,新的智能指针,async()函数和多线程库进行了改造。

C++11的新内核和库特性完整列表请移步这里(http://www2.research.att.com/~bs/C++0xFAQ.html) C++标准在1998年获得通过后,有两位委员会委员预言,下一代C++标准将“肯定”包括内置的垃圾回收器(GC),但可能不会支持多线程,因为定义一个可移植的线程模型涉及到的技术太复杂了,13年后,新的C++标准C++11也接近完成,你猜怎么着?让那两位委员没想到的是,本次更新还是没有包括GC,但却包括了一个先进的线程库。

在这篇文章中,我将介绍C++11标准中发生的最大变化,以及为什么应该引起注意,正如你将看到的,线程库不是唯一的变化,新标准采纳了数十位专家的意见,使C++变得更有意义。正如Rogers Cadenhead指出的那样,它们就像迪斯科、宠物石和长胸毛的奥运游泳选手一样不可思议。


Lambda 表达式

Lambda 表达式的形式是这样的:


01.[capture](parameters)->return-type {body} 

来看个计数某个字符序列中有几个大写字母的例子:

01.int main() 
02.{ 
03.   char s[]="Hello World!"; 
04.   int Uppercase = 0; //modified by the lambda 
05.   for_each(s, s+sizeof(s), [&Uppercase] (char c) { 
06.    if (isupper(c)) 
07.     Uppercase++; 
08.    }); 
09. cout<< Uppercase<<" uppercase letters in: "<< s<<endl; 
10.} 

其中 [&Uppercase] 中的 & 的意义是 lambda 函数体要获取一个 Uppercase 引用,以便能够改变它的值,如果没有 &,那就 Uppercase 将以传值的形式传递过去。

自动类型推导和 decltype

在 C++03 中,声明对象的同时必须指明其类型,其实大多数情况下,声明对象的同时也会包括一个初始值,C++11 在这种情况下就能够让你声明对象时不再指定类型了:

01.auto x=0; //0 是 int 类型,所以 x 也是 int 类型 
02.auto c='a'; //char 
03.auto d=0.5; //double 
04.auto national_debt=14400000000000LL;//long long 

这个特性在对象的类型很大很长的时候很有用,如:

01.void func(const vector<int> &vi) 
02.{ 
03.  vector<int>::const_iterator ci=vi.begin(); 
04.} 

那个迭代器可以声明为:

01.auto ci=vi.begin(); 

C++11 也提供了从对象或表达式中“俘获”类型的机制,新的操作符 decltype 可以从一个表达式中“俘获”其结果的类型并“返回”:

01.const vector<int> vi; 
02.typedef decltype (vi.begin()) CIT; 
03.CIT another_const_iterator; 

统一的初始化语法

C++ 最少有 4 种不同的初始化形式,如括号内初始化,见:

01.std::string s("hello"); 
02.int m=int(); //default initialization 

还有等号形式的:

01.std::string s="hello"; 
02.int x=5; 

对于 POD 集合,又可以用大括号:

01.int arr[4]={0,1,2,3}; 
02.struct tm today={0}; 

最后还有构造函数的成员初始化:

01.struct S { 
02. int x; 
03. S(): x(0) {} }; 

这么多初始化形式,不仅菜鸟会搞得很头大,高手也吃不消。更惨的是 C++03 中居然不能初始化 POD 数组的类成员,也不能在使用 new[] 的时候初始 POD 数组,操蛋啊!C++11 就用大括号一统天下了:

01.class C 
02.{ 
03.int a; 
04.int b; 
05.public: 
06. C(int i, int j); 
07.}; 
08.C c {0,0}; //C++11 only. 相当于 C c(0,0); 
09.int* a = new int[3] { 1, 2, 0 }; /C++11 only 
10.class X { 
11.  int a[4]; 
12.public: 
13.  X() : a{1,2,3,4} {} //C++11, 初始化数组成员 
14.}; 

还有一大好事就是对于容器来说,终于可以摆脱 push_back() 调用了,C++11中可以直观地初始化容器了:

01.// C++11 container initializer 
02.vector vs<string>={ "first", "second", "third"}; 
03.map singers = 
04.  { {"Lady Gaga", "+1 (212) 555-7890"}, 
05.    {"Beyonce Knowles", "+1 (212) 555-0987"}}; 

而类中的数据成员初始化也得到了支持:


01.class C 
02.{ 
03. int a=7; //C++11 only 
04.public: 
05. C(); 
06.}; 

deleted 函数和 defaulted 函数

像以下形式的函数:

01.struct A 
02.{ 
03. A()=default; //C++11 
04. virtual ~A()=default; //C++11 
05.}; 

叫做 defaulted 函数,=default; 指示编译器生成该函数的默认实现。这有两个好处:一是让程序员轻松了,少敲键盘,二是有更好的性能。
与 defaulted 函数相对的就是 deleted 函数:

01.int func()=delete; 

这货有一大用途就是实现 noncopyabe 防止对象拷贝,要想禁止拷贝,用 =deleted 声明一下两个关键的成员函数就可以了:

01.struct NoCopy 
02.{ 
03.    NoCopy & operator =( const NoCopy & ) = delete; 
04.    NoCopy ( const NoCopy & ) = delete; 
05.}; 
06.NoCopy a; 
07.NoCopy b(a); //编译错误,拷贝构造函数是 deleted 函数 

nullptr

nullptr 是一个新的 C++ 关键字,它是空指针常量,它是用来替代高风险的 NULL 宏和 0 字面量的。nullptr 是强类型的:

01.void f(int); //#1 
02.void f(char *);//#2 
03.//C++03 
04.f(0); //调用的是哪个 f? 
05.//C++11 
06.f(nullptr) //毫无疑问,调用的是 #2 

所有跟指针有关的地方都可以用 nullptr,包括函数指针和成员指针:


01.const char *pc=str.c_str(); //data pointers 
02.if (pc!=nullptr) 
03.  cout<<pc<<endl; 
04.int (A::*pmf)()=nullptr; //指向成员函数的指针 
05.void (*pmf)()=nullptr; //指向函数的指针 

委托构造函数

C++11 中构造函数可以调用同一个类的另一个构造函数:


01.class M //C++11 delegating constructors 
02.{ 
03. int x, y; 
04. char *p; 
05.public: 
06. M(int v) : x(v), y(0),  p(new char [MAX])  {} //#1 target 
07. M(): M(0) {cout<<"delegating ctor"<<end;} //#2 delegating 

#2 就是所谓的委托构造函数,调用了真正的构造函数 #1。

右值引用

在 C++03 中的引用类型是只绑定左值的,C++11 引用一个新的引用类型叫右值引用类型,它是绑定到右值的,如临时对象或字面量。
增加右值引用的主要原因是为了实现 move 语义。与传统的拷贝不同,move 的意思是目标对象“窃取”原对象的资源,并将源置于“空”状态。当拷贝一个对象时,其实代价昂贵且无必要,move 操作就可以替代它。如在 string 交换的时候,使用 move 意义就有巨大的性能提升,如原方案是这样的:


01.void naiveswap(string &a, string & b) 
02.{ 
03. string temp = a; 
04. a=b; 
05. b=temp; 
06.} 

这种方案很傻很天真,很慢,因为需要申请内存,然后拷贝字符,而 move 就只需要交换两个数据成员,无须申请、释放内存和拷贝字符数组:

01.void moveswapstr(string& empty, string & filled) 
02.{ 
03.//pseudo code, but you get the idea 
04. size_t sz=empty.size(); 
05. const char *p= empty.data(); 
06.//move filled's resources to empty 
07. empty.setsize(filled.size()); 
08. empty.setdata(filled.data()); 
09.//filled becomes empty 
10. filled.setsize(sz); 
11. filled.setdata(p); 
12.} 

要实现支持 move 的类,需要声明 move 构造函数和 move 赋值操作符,如下:


01.class Movable 
02.{ 
03.Movable (Movable&&); //move constructor 
04.Movable&& operator=(Movable&&); //move assignment operator 
05.}; 

C++11 的标准库广泛使用 move 语义,很多算法和容器都已经使用 move 语义优化过了。

C++11 的标准库

除 TR1 包含的新容器(unordered_set, unordered_map, unordered_multiset, 和unordered_multimap),还有一些新的库,如正则表达式,tuple,函数对象封装器等。下面介绍一些 C++11 的标准库新特性:

线程库

从程序员的角度来看,C++11 最重要的特性就是并发了。C++11 提供了 thread 类,也提供了 promise 和 future 用以并发环境中的同步,用 async() 函数模板执行并发任务,和 thread_local 存储声明为特定线程独占的数据,这里(http://www.devx.com/SpecialReports/Article/38883)有一个简单的 C++11 线程库教程(英文)。

新的智能指针类

C++98 定义的唯一的智能指针类 auto_ptr 已经被弃用,C++11 引入了新的智能针对类 shared_ptr 和 unique_ptr。它们都是标准库的其它组件兼容,可以安全地把智能指针存入标准容器,也可以安全地用标准算法“倒腾”它们。

新的算法

主要是 all_of()、any_of() 和 none_of(),下面是例子:

01.#include <algorithm> 
02.//C++11 code 
03.//are all of the elements positive? 
04.all_of(first, first+n, ispositive()); //false 
05.//is there at least one positive element? 
06.any_of(first, first+n, ispositive());//true 
07.// are none of the elements positive? 
08.none_of(first, first+n, ispositive()); //false 

还有一个新的 copy_n:

01.#include <algorithm> 
02.int source[5]={0,12,34,50,80}; 
03.int target[5]; 
04.//从 source 拷贝 5 个元素到 target 
05.copy_n(source,5,target); 

iota() 算法可以用来创建递增序列,它先把初值赋值给 *first,然后用前置 ++ 操作符增长初值并赋值到给下一个迭代器指向的元素,如下:

01.#include <numeric> 
02.int a[5]={0}; 
03.char c[3]={0}; 
04.iota(a, a+5, 10); //changes a to {10,11,12,13,14} 
05.iota(c, c+3, 'a'); //{'a','b','c'} 

是的,C++11 仍然缺少一些很有用的库如 XML API,socket,GUI、反射——以及自动垃圾收集。然而现有特性已经让 C++ 更安全、高效(是的,效率更高了,可以参见 Google 的 基准测试结果http://www.itproportal.com/2011/06/07/googles-rates-c-most-complex-highest-performing-language/)以及更加易于学习和使用。
如果觉得 C++ 变化太大了,不必惊恐,花点时间来学习就好了。可能在你融会贯通新特性以后,你会同意 Stroustrup 的观点:C++11 是一门新的语言——一个更好的 C++。

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