C++证道之路第十八章探讨C++新标准

一、复习前面介绍过的C++11新功能

1、新类型

C++11新增了类型long long 和unsigned long long

新增了类型char16_t 和char32_t

2、统一的初始化

C++11扩大了用大括号括起的列表（初始化列表）的使用范围，使其可以用于所有内置类型和用户定义的类型（即类对象）。使用初始化列表时，可添加等号（=），也可不添加。

3、声明

auto 以前时一个储存类型的说明符，C++11将其用于实现自动类型推断。

decltype 将变量的类型声明为表达式指定的类型。

指定返回类型：

C++11新增了一种函数声明语法；在函数名和参数列表后面指定返回类型

using

nullptr

4、智能指针

如果在程序中使用new从堆（自由存储区）分配内存，等到不再需要时，应使用delete将其释放。C++引入了智能指针auto_ptr以帮助自动完成这个过程。C++11摒弃了auto_ptr,并新增了unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr。

5、异常规范方面的修改

noexcept

6、作用域内枚举

枚举名的作用域为枚举定义所属的作用域，这意味着如果在同一个作用域内定义两个枚举，它们的枚举成员不能同名。最后，枚举可能不是可完全移植的，因为不同的实现可能选择不同的底层类型。未解决这些问题C++11新增了一种枚举。这种枚举使用class或struct定义。

enum old {yes,no,maybe};
enum class new1 {never, sometime, often, always};
enum struct new2 {never , lever , sever};

7、对类的修改

通过使用类内初始变化，可避免在构造函数中编写重复的代码，从而降低了程序员的工作量、厌倦情绪和出错的机会。

如果构造函数再成员初始化列表中提供了相应的值，这些默认值将被覆盖，因此第三个构造函数覆盖了类内成员初始化。

8、模板和STL方面的修改

基于范围的for循环

新的STL容器

新的STL方法

valarray升级

摒弃export

尖括号

9、右值引用

C++11新增了右值引用，这是使用&&表示的。右值引用可关联到右值，即可出现在赋值表达式右边，但不能对其应用地址运算符的值。右值包括字面常量，注入x+y等表达式以及返回值的函数（条件是函数赶回的不是引用）。

二、移动语义和右值引用

1、为何需要移动语义

在移动语义之前，当我们想要传递一个对象（特别是含有动态分配资源的对象，如std::vector、std::string等）时，我们通常会使用拷贝构造或拷贝赋值操作，这可能会涉及大量的内存分配和数据复制，从而导致性能问题。

移动语义通过允许对象“移动”其资源而不是复制它们来避免这些性能问题。具体来说，当一个对象被“移动”时，它将其内部资源（如动态分配的内存、文件句柄等）的所有权转移给另一个对象，而不是复制这些资源。原始对象在移动后通常被置于有效的但不确定的状态，并且不应再被使用（除非重新初始化）。

C++11通过引入右值引用（rvalue reference）和移动构造函数（move constructor）以及移动赋值操作符（move assignment operator）来支持移动语义。右值引用使用&&符号表示，它们绑定到临时对象（如返回值、字面量等）的右值。

2、一个移动示例

std::vector<int> foo() {  
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};  
    return v; // 这里返回的是v的右值引用，可以触发移动语义  
}  
  
int main() {  
    std::vector<int> v1 = foo(); // 这里可能使用移动构造函数来初始化v1  
    std::vector<int> v2;  
    v2 = std::move(v1); // 这里使用移动赋值操作符将v1的资源移动给v2  
    // 现在v1处于有效但不确定的状态，不应再使用  
    return 0;  
}

3、移动构造函数解析

虽然使用右值引用可以支持移动语义，但这并不会神奇的发生。要让移动语义发生需要两个步骤。首先，右值引用让不变一起知道何时可使用移动语义。

通过提供一个使用左值引用的构造函数和一个使用右值引用的构造函数，将初始化分为了两组。使用左值对象初始化对象时，将使用复制构造函数，而时候用右值对象初始化对象时，将使用移动构造函数，程序员可根据需要赋予这些构造函数不同的行为。

4、赋值

适用于构造函数的移动语义考虑也适用于赋值运算符。

5、强制移动

move（）

三、新的类功能

1、特殊成员函数

在原有4个特殊成员函数（默认构造函数、复制构造函数、复制赋值运算符和析构函数）的基础上，C++11新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符。

2、默认的方法和禁用的方法

default

3、委托构造函数

C++11允许在一个构造函数的定义中使用另一个构造函数。这被称为委托，因为构造函数暂时将创建对象的工作委托给另一个构造函数。

4、继承构造函数

派生类继承基类的所有的构造函数（默认构造函数、复制构造函数和移动构造函数除外），但不会使用于派生类构造函数的特征标匹配的构造函数。

5、管理虚方法：override 和final

虚方法对实现多态类层次结构很重要，让基类引用或指针能够根据指向的对象类型调用相应的方法，但虚方法也带来了一些编程陷阱。例如，假设基类声明了一个虚方法，而你决定在派生类中提供不同的版本，这将覆盖旧版本。如果特征标不匹配，将隐藏而不是覆盖旧版本。

四、lambda函数

1、比较函数指针、函数符和lambda函数

函数指针是指向函数的指针，它允许你通过指针来调用函数。

简洁明了，直接指向函数

可以在不修改代码的情况下改变函数的行为（通过改变指针的指向）

只能指向全局函数或静态成员函数，不能指向类的非静态成员函数（因为非静态成员函数需要一个隐式的this指针）

不支持状态封装（即它们不能存储自己的数据）

语法相对繁琐

函数对象是一个重载了operator()的类对象，使得它像函数一样可以被调用

可以封装状态（即它们可以存储自己的数据）

可以作为类的成员，从而可以访问类的私有和保护成员

可以拥有构造函数、析构函数和其他成员函数，提供更多的灵活性

需要定义类，这可能会增加代码的复杂性

相对于lambda函数，它们可能更冗长

Lambda函数是C++11引入的一种匿名函数对象，它可以在需要的地方定义，并立即使用

简洁明了，可以在需要的地方直接定义

支持捕获列表，可以捕获外部作用域中的变量，使得lambda可以访问这些变量的值（或引用）

语法简洁，易于阅读和理解

可以作为参数传递给函数或赋值给函数指针和函数对象

由于是匿名的，所以不能在定义它的作用域之外被直接引用

捕获列表可能会增加额外的开销（特别是如果捕获的是大型对象或复杂类型）

2、为何使用lambda

函数指针适用于简单的全局函数或静态成员函数的调用。函数对象提供了更多的灵活性和状态封装，但可能需要更多的代码。Lambda函数则提供了一种简洁、灵活的方式来定义和使用可调用实体，特别是在需要捕获外部变量的情况下。在可能的情况下，lambda函数通常是首选的可调用实体，因为它们易于阅读、理解和使用。

五、包装器

包装器（Wrapper）通常是一个类或者函数，它封装了另一个类型或资源的接口，并可能提供了额外的功能或管理。

1、包装器function 及模板的低效性

answer = ef(q);

ef是什么呢？它可以是函数名，函数指针。函数对象或有名称的lambda表达式。所有这些都是可调用的类型。鉴于可调用的类型如此丰富，这可能导致模板的效率极低。

2、修复问题

略

3、其他方式

略

六、可变参数模板

可变参数模板能够创建模板函数和模板类，即可接受可变数量的参数。

要创建可变参数模板，需要理解几个要点：

模板参数包

函数参数包

展开参数包

递归

1、模板和函数参数包

函数参数包是C++11引入的一个特性，允许我们定义一个函数，该函数可以接受任意数量和类型的参数。参数包使用模板参数和三个点（...）语法。

template <typename... Args>  
void print(Args... args) {  
    (std::cout << ... << args) << '\n';  
    // 注意：上面的折叠表达式是C++17中的语法  
    // 在C++11/14中，你可能需要使用递归终止函数或初始化列表技巧来实现类似的功能  
}  
  
int main() {  
    print(1, "hello", 3.14); // 输出：1hello3.14  
    return 0;  
}

2、展开参数包

使用递归模板特化来展开函数参数包

#include <iostream>  
  
// 终止特化  
template<typename T>  
void printHelper(T value) {  
    std::cout << value;  
}  
  
// 递归特化  
template<typename T, typename... Args>  
void printHelper(T value, Args... args) {  
    std::cout << value << " ";  
    printHelper(args...); // 递归调用，展开剩余参数  
}  
  
// 辅助函数，用于隐藏递归特化  
template<typename... Args>  
void print(Args... args) {  
    printHelper(args...); // 展开参数包  
    std::cout << std::endl;  
}  
  
int main() {  
    print(1, "hello", 3.14); // 输出：1 hello 3.14  
    return 0;  
}

使用折叠表达式来展开函数参数包

#include <iostream>  
  
template<typename... Args>  
void print(Args... args) {  
    (std::cout << ... << args) << std::endl; // 折叠表达式  
}  
  
int main() {  
    print(1, "hello", 3.14); // 输出：1hello3.14  
    return 0;  
}

3、在可变参数模板函数中使用递归

#include <iostream>  
  
// 递归终止函数  
template<typename T>  
void print_element(T value) {  
    std::cout << value << " ";  
}  
  
// 递归函数模板  
template<typename T, typename... Args>  
void print_elements(T value, Args... args) {  
    // 处理当前元素  
    print_element(value);  
    // 递归调用以处理剩余元素  
    if constexpr (sizeof...(args) > 0) { // C++17及更高版本中的if constexpr  
        print_elements(args...);  
    }  
}  
  
// 辅助函数模板，用于隐藏递归细节  
template<typename... Args>  
void print(Args... args) {  
    print_elements(args...);  
    std::cout << std::endl; // 输出换行  
}  
  
int main() {  
    print(1, "hello", 3.14); // 输出：1 hello 3.14 （后接换行）  
    return 0;  
}