【C++11】C++11新特性（上）

1、C++11简介

在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于C++03(TC1)主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并称为C++98/03标准。
从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准珊珊来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。
相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，在这里没办法一一讲解，所以本篇博文主要讲解实际中比较实用的语法。详细见官网。（点击跳转官网）

1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年视实际需要更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++ 03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++ 07。但是到06年的时候，官方觉得2007年肯定完不成C++ 07，而且官方觉得2008年可能也完不成。最后干脆叫C++ 0x。x的意思是不知道到底能在07还是08还是09年完成。结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准。所以最终定名为C++11。

2、统一的列表初始化

{ }初始化

在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5] = { 0 };
	Point p = { 1, 2 };
	return 0;
}

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加：

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int x1 = 1;//建议就用这个
	int x2 = { 2 };
	int x3{ 2 };
	int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5]{ 0 };
	Point p{ 1, 2 };
	// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中
	int* p1 = new int(1);
	int* p2 = new int[3]{ 1, 3, 4 };
	return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022, 10, 7); // old style
	// C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化
	Date d2 = { 2022, 10, 9 };//类似隐式类型转换 + 优化
	Date d3{ 2022, 10, 8 };
 
	Date* p1 = new Date(1, 2, 3);
	Date* p2 = new Date[3]{ { 2022, 1, 1 }, { 2022, 1, 2 }, { 2022, 1, 3 } };
	return 0;
}

initializer_list容器

c++11里添加了initializer_list容器，介绍文档：initializer_list的介绍，此容器提供的成员函数只有三个，还有一个构造函数：

在这里插入图片描述

int main()
{
	initializer_list<double> ilt = { 3.3, 5.5, 9.9 };
	initializer_list<double>::iterator it = ilt.begin();
	while (it != ilt.end())
	{
		cout << *it << " ";//3.3 5.5 9.9
		it++;
	}
	cout << endl;
	for (auto e : ilt)
	{
		cout << e << " ";//3.3 5.5 9.9
	}
	return 0;
}

此类型用于访问C++初始化列表中的值，该列表是类型的元素列表。这种类型的对象由编译器从初始化列表声明自动构造，初始化列表声明是用大括号括起来的逗号分隔元素的列表：const T。常量的花括号列表会被编译器识别成initializer_list：

int main()
{
	// the type of il is an initializer_list
	auto il = { 10, 20, 30 };
	cout << typeid(il).name() << endl;//class std::initializer_list<int>
	return 0;
}

initializer_list的使用场景：initializer_list一般是作为构造函数的参数，C++11对STL中的不少容器就增加initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator =的参数，这样就可以用大括号赋值：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	//vector
	vector<int> v1 = { 1, 2 ,3 ,4, 5 };
    // 使用大括号对容器赋值，{}调用构造函数构造一个vector对象，再赋值
    v1 = {10, 20, 30};
	vector<int> v2{ 1, 2, 3, 4, 5 };
	vector<Date> v3 = { { 2022, 1, 1 }, { 2022, 1, 2 }, { 2022, 1, 3 } };
 
	//list
	list<int> lt1{ 1, 2, 3 };
 
	//set
	set<int> s1{ 3, 4, 5, 6, 3 };
 
	//map
    // 这里{"sort", "排序"}会先初始化构造一个pair对象
	map<string, string> dict = { {"string", "字符串" }, {"sort", "排序" } };
	return 0;
}

前面说到，初始化容器对象能像上面代码一样如此的方便是因为C++11STL中的不少容器就增加initializer_list作为参数的构造函数：也可以作为operator =的参数，这样就可以用大括号赋值：

在这里插入图片描述

initializer_list的使用示例：前面我已经模拟实现了vector，下面就对其改造vector也支持{}初始化和赋值：

namespace cpp
{
	template<class T>
	class vector {
	public:
		typedef T* iterator;
		vector(initializer_list<T> l)
		{
			_start = new T[l.size()];
			_finish = _start + l.size();
			_endofstorage = _start + l.size();
			//迭代器遍历
			/*
			iterator vit = _start;
			typename initializer_list<T>::iterator lit = l.begin();
			while (lit != l.end())
			{
				*vit++ = *lit++;
			}
			*/
			//范围for遍历
			for (auto e : l)
			{
				*vit++ = e;
			}
		}
		vector<T>& operator=(initializer_list<T> l) {
			vector<T> tmp(l);
			std::swap(_start, tmp._start);
			std::swap(_finish, tmp._finish);
			std::swap(_endofstorage, tmp._endofstorage);
			return *this;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

这里的构造函数还能实现的再简单点，直接在初始化列表里把三个成员变量初始化，在遍历l，复用push_back依次插入到vector即可：

vector(initializer_list<T> l)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstoage(nullptr)
{
	for (auto e : l)
	{
		push_back(e);
	}
}

注意：

使用迭代器遍历时，需要加上typename来说明这是一个类型名字，因为这个迭代器类型定义在一个类模板中，在该类模板未被实例化之前编译器是无法识别此类型的。
最好增加一个以initializer_list作为参数的赋值运算符重载函数，以支持直接用列表对容器对象进行赋值，但实际也可以不增加。

看下面的代码：

vector<int> v1 = { 1, 2 ,3 ,4, 5 };
// 使用大括号对容器赋值，{}调用构造函数构造一个vector对象，再赋值
v1 = {10, 20, 30};

3、声明

c++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型腿断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

int main()
{
	int i = 10;
	auto p = &i;
	auto pf = strcpy;
	cout << typeid(p).name() << endl;//int * __ptr64
	cout << typeid(pf).name() << endl;//char * __ptr64 (__cdecl*)(char * __ptr64,char const * __ptr64)
	map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };
	//map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();
	return 0;
}

decltype

decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{
	decltype(t1 * t2) ret;
	cout << typeid(ret).name() << endl;//double
}
int main()
{
	const int x = 1;
	double y = 2.2;
	decltype(x * y) ret; // ret的类型是double
	decltype(&x) p; // p的类型是int*
	cout << typeid(ret).name() << endl;//int const * __ptr64
	cout << typeid(p).name() << endl;//int
	F(1, 'a');
	return 0;
}

typeid和decltype的区别：

typeid(变量名).name()：专门用来输出一个变量的类型，返回的是一个字符串。帮助我们观察此字符串的类型，不能用其去定义变量。
decltype：将变量的类型声明为表达式指定的类型，可以用其去定义变量。

nullptr

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endi

如果没有定义宏，如果在cplusplus里，NULL被定义成0。可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如：

在这里插入图片描述

程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的初衷相悖。在C++98中，字面常量0既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针(void*)常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void *)0。

注意：

在使用nullptr表示指针空值时，不需要包含头文件，因为nullptr是C++11作为新关键字引入的。
在C++11中，sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0)所占的字节数相同。
为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用nullptr。

4、范围for

范围for的底层就是被替换成了迭代器，这个我在之前已经进行了非常详细的讲解，这里就不进行讲解了。

5、STL中一些变化

新容器

圈起来是C++11中的一些几个新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这两个在前面已经进行了非常详细的讲解，其他的大家了解一下即可。

在这里插入图片描述

array容器

array就是一个静态数组，其有两个模板参数，第一个模板参数代表的是存储的数据类型，第二个是非类型模板参数，代表的是存储元素的个数：

int main()
{
	array<int, 10> a1;
	array<double, 15> a2;
	return 0;
}

array和普通数组最大的区别在于对于越界访问的检查：

int main()
{
	int a[10];
	cout << a[10] << endl;//越界不一定能检查出来
	array<int, 10> b;
	cout << b[10] << endl;//只要越界，一定能检查出来
	return 0;
}

总结：

array容器的对象是建立在栈区的，不适合定义大数组。
array容器的设计可能是为了代替静态数组，因为array容器更安全，能够检查除越界的错误，而静态数组并不一定能够检查出来。
array数组有的东西我vector都有，个人认为还是vector香。

forward_list容器

forward_list容器本质就是一个单链表，相比list的区别在于forward_list节省了空间，实际使用上使用forward_list的比率还是比较低的，还是使用list来的方便。

unordered_map和unordered_set容器

这部分内容我先前已经讲解过。

容器中的一些新方法：如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法，但是其实很多都是用得比较少的。

比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等，但是实际意义不大，因为begin和end也是可以返回const迭代器的，这些都是属于锦上添花的操作。

实际上C++11更新后，容器中增加的新方法最后用的插入接口函数的右值引用版本，但是这些接口到底意义在哪？网上都说他们能提高效率，他们是如何提高效率的？下面的右值引用和移动语义章节的讲解进行了详细的讲解还有另外emplace还涉及模板的可变参数。