C++ 新特性 | C++17 常用新特性介绍

1、结构化绑定

2、constexpr扩展

2.1、constexpr lambda

2.2、constexpr if

2.3、constexpr string

4、if with initializer

5、std::optional

6、使用inline定义内联变量

7、std::filesystem库

8、折叠表达式

9、模板的模板参数推导

9.1、从构造函数参数推导模板参数

9.2、从函数参数推导模板参数

10、std::variant

11、std::byte

12、并行算法

12.1、std::for_each和std::for_each_n

12.2、std::transform和std::transform_reduce

12.3、std::reduce和std::inclusive_scan

12.4、std::sort和std::partial_sort

C++软件异常排查从入门到精通系列教程（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931C/C++实战进阶（专栏文章已更新380多篇，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_11931267.htmlWindows C++ 软件开发从入门到精通（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12695902.htmlVC++常用功能开发汇总（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124272585C++软件分析工具从入门到精通案例集锦（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/131405795开源组件及数据库技术（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12458859.html网络编程与网络问题分享（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_2276111.html C++17是C++标准委员会于2017年发布，其官方名称为ISO/IEC 14882:2017。C++17在C++14的基础上进行了大量改进和扩展，旨在提高编程效率、简化代码以及增强标准库的功能。下面介绍一些C++17的一些主要特性。

很多C++开源库会大规模地使用C++11及以上的新特性，比如WebRTC开源库，所以在阅读开源代码时需要了解C++11及以上新特性。我们在日常编码中会用到部分新特性，比如一些新的关键字（auto、nullptr、override、final等）、lambda表达式（匿名函数）、智能指针等。此外，现在很多C++开发岗位在面试时都会问到C++11或以上的新特性方面的内容。所以学习C++11及以上的新特性很有必要！
C++新标准引入的诸多新特性，解决了语言上的部分缺陷，使得C++更得加高效灵活！但也使得C++变得更加臃肿复杂，更加难以驾驭！

1、结构化绑定

可以通过一行代码将结构体或元组中的成员绑定到变量上，从而方便地访问这些成员。

struct Point 
{
    int x;
    int y;
};

Point pt{1, 2};
auto [x, y] = pt;

在这个例子中，我们定义了一个Point结构体，并创建了一个名为pt的实例，它包含了两个成员变量x和y。接着，我们使用auto关键字和一对中括号，将x和y变量绑定到了pt的成员变量上。在这之后，我们就可以直接使用x和y变量来访问pt的成员变量了，而不需要通过pt.x和pt.y来访问。

需要注意的是，只能在函数内部使用，不能在全局作用域中使用，结构化绑定仅适用于具有公共成员的结构体和元组类型。此外，结构化绑定还可以在for循环中使用，从而方便地遍历数组、容器等数据结构中的元素。

std::vector<std::pair<int, std::string>> v{{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
for (auto [key, value] : v) 
{
    std::cout << "key: " << key << ", value: " << value << std::endl;
}

在这个例子中，我们定义了一个vector容器，其中存储了多个pair类型的元素。在for循环中，我们使用auto关键字和一对中括号，将key和value变量绑定到了pair元素的first和second成员上。在循环体中，我们就可以直接使用key和value变量来访问pair元素的成员了。

需要注意的是，结构化绑定在for循环中使用时，变量名的顺序应该与元素成员的顺序一致，否则会导致绑定错误。此外，需要确保绑定的变量类型与元素成员的类型一致。

2、constexpr扩展

C++17中支持将constexpr与其他东西结合起来使用，使用起来会更加灵活。

2.1、constexpr lambda

C++17支持将constexpr与Lambda表达式结合起来使用，主要体现在以下两点：

Lambda表达式支持constexpr：在C++17中，lambda表达式可以被声明为constexpr，这意味着它们可以在编译时被求值。这允许lambda表达式在需要编译时常量表达式的场合中使用，例如作为模板参数或初始化constexpr变量。
条件编译时的Lambda表达式：即使lambda表达式没有被显式声明为constexpr，只要它满足constexpr的要求（如捕获的变量是字面量类型），它在编译时常量表达式中也能被隐式地视为constexpr。

C++17中的constexpr lambda可以用于编译时计算，可以在编译时执行lambda表达式，而不需要运行时执行。

#include <iostream>

int main() 
{
    constexpr auto square = [](int x) { return x * x; };
    constexpr int result = square(5);
    std::cout << result << std::endl;
    return 0;
}

在上面的示例中，我们定义了一个constexpr lambda表达式，它接受一个整数参数并返回该参数的平方。我们还定义了一个constexpr整数变量result，它将square(5)的结果赋值给它。由于lambda表达式是constexpr的，因此square(5)将在编译时计算，而不是在运行时计算。

需要注意的是，constexpr lambda表达式的参数和返回类型必须是字面类型，否则无法在编译时计算。

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2.2、constexpr if

C++17引入了constexpr if语句，允许在编译时根据常量表达式的结果来选择性地编译代码块。这极大地改善了模板元编程中的条件编译，使得原本需要在运行时进行的选择可以在编译时完成，从而优化代码并提高执行效率。

使用constexpr if，编译器可以只编译满足条件的代码路径，忽略不满足条件的代码路径，这有助于减少编译后的代码大小并提高运行效率。

C++17中的constexpr if是一种条件编译语句，用于在编译时进行条件判断，从而在编译期间选择不同的代码路径。

1）在if语句中使用constexpr关键字，如果条件表达式是constexpr，则编译器在编译期间进行判断。
2）如果条件表达式为真，则编译器编译if语句中的代码块；否则，编译器忽略if语句中的代码块。
3）可以在if语句中使用else关键字，来指定条件为假时要编译的代码块。

比如下面一段代码：

template<typename T>
void print(const T& t)
{
    if constexpr (std::is_integral_v<T>)
    {
        std::cout << "Integral type: " << t << std::endl;
    }
    else if constexpr (std::is_floating_point_v<T>)
    {
        std::cout << "Floating point type: " << t << std::endl;
    }
    else
    {
        std::cout << "Unknown type: " << t << std::endl;
    }
}

int main()
{
    int i = 8;
    float f = 3.5f;
    std::string s = "Hello World";

    print(i);   // 输出 "Integral type: 8"
    print(f);   // 输出 "Floating point type: 3.5"
    print(s);   // 输出 "Unknown type: Hello World"

    return 0;
}

在上面的示例代码中，我们使用了constexpr if语句来根据传入的类型不同，选择不同的输出方式。'std::is_integral_v’是C++17中的一个模板元编程工具，用于判断一个类型是否为整数类型。它是一个类型特征（type trait），返回一个布尔值，表示传入的类型是否为整数类型。'std::is_floating_point_v’同理。

2.3、constexpr string

C++17中引入了std::string_view和constexpr std::string这两个新特性，可以更方便地处理字符串。

constexpr std::string是一个编译时常量字符串，可以在编译时计算，不需要在运行时再次计算。可以使用以下方式创建：

constexpr std::string str = "Hello World";

std::string_view是一个非拥有式的字符串视图，可以用于访问字符串的子串。可以使用以下方式创建：

std::string_view str_view = "Hello World";

非拥有式的字符串视图：它不拥有底层字符串的内存，而是对底层字符串的一个引用或视图。因此，它不会在自身生命周期结束时释放底层字符串的内存。使用非拥有式的字符串视图可以避免复制字符串，提高程序的性能。例如，在函数调用中传递字符串参数时，使用非拥有式的字符串视图可以避免不必要的内存复制。需要注意的是，当使用非拥有式的字符串视图时，需要确保底层字符串的生命周期不短于视图的生命周期，否则可能会导致悬垂指针的问题。

4、if with initializer

C++17中的if with initializer是一种新的语法结构，允许在if语句中声明和初始化变量。这种语法结构的好处是可以使代码更简洁，因为变量声明和初始化可以在if语句中完成。

if (int x = some_function()) 
{
    // 如果some_function返回的值不为0，则进入if语句块
    // 变量x的作用域仅限于if语句块内部
    // 变量x的类型为int，值为some_function()的返回值
}

在上面的示例中，if语句中声明了一个变量x，并将其初始化为some_function()的返回值。如果some_function()的返回值不为0，则进入if语句块。在if语句块之外，变量x不再可见。

使用if with initializer可以避免在if语句之前声明变量并进行初始化的冗余代码。同时，这种语法结构还可以使代码更加清晰和简洁。

5、std::optional

std::optional是C++17中引入的一个新特性，用于表示可以存在或不存在的值。它类似于指针，但提供了更好的语义和安全性。

#include <iostream>
#include <optional>

std::optional<int> divide(int a, int b) 
{
    if (b == 0) 
    {
        return std::nullopt; // 表示不存在值
    } 
    else 
    {
        return a / b;
    }
}

int main() {
    auto result = divide(10, 2);
    if (result) 
    {
        std::cout << "Result: " << *result << std::endl;
    } 
    else 
    {
        std::cout << "Error: Division by zero" << std::endl;
    }

    result = divide(10, 0);
    if (result) 
    {
        std::cout << "Result: " << *result << std::endl;
    } 
    else 
    {
        std::cout << "Error: Division by zero" << std::endl;
    }

    return 0;
}

在这个例子中，divide函数返回一个std::optional。如果除数为0，则返回std::nullopt表示不存在值。否则返回a/b的结果。在main函数中，我们使用if语句检查result是否存在值。如果存在，则使用*运算符获取值并输出。否则输出错误信息。

std::optional还提供了其他一些有用的函数，例如value_or函数，用于获取值或默认值。例如：

auto result = divide(10, 0);
int value = result.value_or(-1); // 如果不存在值，则返回-1

std::optional是一个非常有用的工具，可以避免许多指针相关的问题，并提供更好的语义和安全性。

6、使用inline定义内联变量

在 C++17 中，可以使用 inline 关键字来定义内联变量。内联变量的定义必须在头文件中，并且不能有初始化器。

// 头文件 example.h
inline int x; // 声明内联变量

// 源文件 example.cpp
#include "example.h"
int x = 42; // 定义内联变量

// 在使用内联变量时，可以直接使用其名称，就像使用普通变量一样：
#include "example.h"
int main() 
{
    x = 10; // 直接使用内联变量 x
    return 0;
}

需要注意的是，内联变量的使用和内联函数的使用有些不同。内联函数的定义必须在每个使用它的编译单元中都可见，否则会导致链接错误。而内联变量的定义只需要在任意一个编译单元中可见即可，因为它们不会导致多个实例的生成。

7、std::filesystem库

C++17中引入了std::filesystem库，用于处理文件系统操作。文件操作的函数很多，在此举例，可以自行查找文档。说一下相比于以前的文件操作的优势：

更加简洁易用：std::filesystem库提供了一组简洁易用的函数和类，能够方便地完成常见的文件系统操作，使代码更加简洁易读。
跨平台支持：std::filesystem库能够跨平台支持各种操作系统，包括Windows、Linux、macOS等操作系统，因此可以在不同的平台上使用相同的代码。
更好的性能：std::filesystem库的实现使用了现代操作系统的一些高效API，能够更好地利用操作系统的缓存和异步I/O机制，从而提高文件操作的性能。
更好的错误处理：std::filesystem库提供了一组异常类，能够更好地处理文件操作中可能出现的错误，从而使代码更加健壮。

8、折叠表达式

折叠表达式是C++17中引入的新特性，用于简化模板元编程和可变参数模板的实现。折叠表达式允许在编译时对一系列参数进行折叠操作，最终得到一个值。折叠表达式的语法如下：

( pack op ... op init )
( init op ... op pack )
( ... op pack )
( pack op ... op )

其中，pack是可变参数列表中的参数，op是操作符，init是初始值。其中第三种和第四种语法需要至少有一个参数。

例如，以下代码使用折叠表达式计算可变参数列表中的所有值之和：

template<typename... Args>
auto sum(Args... args) 
{
    return (args + ...); // 折叠表达式
}

int main()
{
    int s = sum(1, 2, 3, 4, 5); // s = 15
    return 0;
}

在这个例子中，(args + ...)表示对所有可变参数进行求和操作。折叠表达式会将所有参数依次展开，然后通过加法运算符对它们进行累加，最终得到结果。

9、模板的模板参数推导

在C++17中，类模板的模板参数推导被引入，允许我们在使用类模板时省略模板参数列表中的一些参数，而让编译器根据上下文自动推导。

9.1、从构造函数参数推导模板参数

template<typename T>
class MyVector 
{
public:
    MyVector(std::initializer_list<T> list) 
    {
        // ...
    }
};

MyVector vec = {1, 2, 3};

在这个例子中，我们没有显式指定MyVector的模板参数，但编译器可以从std::initializer_list中的元素类型T推导出它的类型为MyVector。

9.2、从函数参数推导模板参数

template<typename T>
class MyArray 
{
public:
    T& operator[](std::size_t index) 
    {
        // ...
    }
};

void foo(MyArray<int> arr) 
{
    // ...
}

MyArray arr = {1, 2, 3};
foo(arr);

在这个例子中，我们也没有显式指定MyArray的模板参数，但编译器可以从foo函数的参数类型MyArray推导出它的类型为MyArray。

需要注意的是，类模板的模板参数推导只能用于构造函数和函数参数，不能用于类模板的成员函数或者静态成员变量。另外，模板参数推导只能用于单一的模板参数，不能同时推导多个模板参数。

10、std::variant

学过QT的对这个关键字想必很熟悉，C++17中的std::variant是一种类型安全的联合类型，它可以存储多个不同的类型值。在使用std::variant时，需要包含头文件。std::variant的声明方式如下：

std::variant<int, double, std::string> v;

这里声明了一个std::variant对象v，它可以存储int、double和std::string类型的值。初始时，v中没有值。

可以通过std::get函数从std::variant对象中获取值，例如：

v = 3.55;
double d = std::get<double>(v);

这里将3.55赋值给v，然后通过std::get函数获取v中的double值，并将其赋值给变量d。

当std::variant对象中存储的值类型与std::get函数传入的类型不匹配时，将抛出std::bad_variant_access异常。

可以使用std::visit函数访问std::variant对象中的值。std::visit函数接受一个lambda表达式作为参数，该lambda表达式的参数类型是std::variant对象中存储的所有类型。例如：

std::visit([](auto&& arg) 
{
    std::cout << arg << std::endl;
}, v);

这里访问v中存储的值，并将其输出到控制台。lambda表达式的参数类型是auto&&，表示可以接受任意类型的参数。

std::variant还提供了一些其他的方法，例如std::holds_alternative函数可以判断std::variant对象中是否存储了指定类型的值，std::index_sequence_for函数可以获取std::variant模板参数中类型的数量等。

总的来说，std::variant提供了一种灵活、类型安全的联合类型实现方式，可以帮助我们更方便地处理多种不同类型的值。

11、std::byte

C++17中的std::byte是一个新类型，用于表示字节数据。它是一种无符号整数类型，有8个比特位，可以表示0到255之间的值。与其他整数类型不同，std::byte类型没有定义任何算术运算符，因为它们不是数学上的对象，而是表示二进制数据的字节。

使用std::byte类型可以更好地处理二进制数据，因为它提供了更直观和类型安全的方式来表示字节。例如，可以使用std::byte类型来读写二进制文件、网络数据包等：

#include <iostream>
#include <cstddef>

int main()
{
    std::byte b1{0x12};
    std::byte b2{0xff};

    // 比较两个std::byte类型的值
    if (b1 == b2) 
    {
        std::cout << "b1 and b2 are equal" << std::endl;
    } 
    else 
    {
        std::cout << "b1 and b2 are not equal" << std::endl;
    }

    // 将std::byte类型转换为整数类型
    std::size_t n = static_cast<std::size_t>(b1);
    std::cout << "n = " << n << std::endl;

    // 使用std::byte类型处理二进制数据
    std::byte buffer[1024];
    // 从文件中读取二进制数据到缓冲区
    // ...

    // 将缓冲区中的数据发送到网络
    // ...
}

12、并行算法

C++17中提供了一些新的并行算法，可以使用这些算法来实现并行化的计算。这些算法都在头文件== < execution > ==中定义，使用前需要包含该头文件。以下是使用C++17并行算法的一些示例。

12.1、std::for_each和std::for_each_n

std::for_each和std::for_each_n可以用于并行地遍历一个序列，对每个元素进行操作。

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

int main() 
{
    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};

    // 并行遍历
    std::for_each(std::execution::par, v.begin(), v.end(), [](int& x) {
        x *= 2;
    });

    // 并行遍历前3个元素
    std::for_each_n(std::execution::par, v.begin(), 3, [](int& x) {
        x *= 2;
    });
}

12.2、std::transform和std::transform_reduce

std::transform可以用于并行地对一个序列进行变换操作，std::transform_reduce可以用于并行地对一个序列进行变换操作并求和。

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

int main() 
{
    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};

    // 并行变换
    std::vector<int> result(v.size());
    std::transform(std::execution::par, v.begin(), v.end(), result.begin(), [](int x) {
        return x * 2;
    });

    // 并行变换并求和
    int sum = std::transform_reduce(std::execution::par, v.begin(), v.end(), 0, std::plus<int>{}, [](int x) {
        return x * 2;
    });
}

12.3、std::reduce和std::inclusive_scan

std::reduce可以用于并行地对一个序列求和，std::inclusive_scan可以用于并行地对一个序列进行前缀和。

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

int main() 
{
    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};

    // 并行求和
    int sum = std::reduce(std::execution::par, v.begin(), v.end());

    // 并行前缀和
    std::vector<int> result(v.size());
    std::inclusive_scan(std::execution::par, v.begin(), v.end(), result.begin());
}

12.4、std::sort和std::partial_sort

std::sort可以用于并行地对一个序列进行排序，std::partial_sort可以用于并行地对一个序列的前N个元素进行排序。

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

int main() 
{
    std::vector<int> v{5, 3, 1, 4, 2};

    // 并行排序
    std::sort(std::execution::par, v.begin(), v.end());

    // 并行部分排序
    std::partial_sort(std::execution::par, v.begin(), v.begin() + 3, v.end());
}