C++版本更新历史

news2024/11/20 4:20:04

前言

C++语言发展至今已经迭代了很多版本，而在不同环境中编写代码时经常看到C++标准的设定，比如 Leetcode 中可以看到版本信息：

这说明Leetcode已经支持最新C++23标准了，但某些环境并不一定支持这些语法，如果不清楚使用的语法属于哪个版本就盲目去写，将无法成功编译。本文整理了C++各个版本的常用特性方便查阅和学习。

起源

C++ 语言的发展史可以追溯到 1979 年，当时丹麦科学家 Bjarne Stroustrup 在贝尔实验室工作，为了提高软件开发的效率和灵活性，他开始为 C 语言添加类和面向对象编程的特性。这些早期的尝试被称为 "C with Classes"。在 1983 年，Stroustrup 将这个语言重新命名为 C++，这个名字由 Rick Mascitti 提出，意在表达这是 C 语言的一个继承和扩展。

C++98

C++98为C++语言制定了第一个官方标准，统一了不同编译器和平台之间的差异，提高了代码的可移植性和稳定性。引入了STL，一套通用的模板库，提供了丰富的数据结构和算法。还引入了异常处理机制和命名空间的概念。

C++11

非常重要的一次版本更新，平时用的最多的语法和特性（※）基本都是C++11时就有的。

※自动类型推导：引入了auto关键字，可以根据初始化表达式自动推导出变量的类型。

auto x = 5;          // int
auto y = 5.0;        // double
auto z = "Hello";    // const char*

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";  // 使用auto推导迭代器类型
}

※范围for循环：引入了范围for循环的语法（元素：容器），遍历容器更简洁。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto n : v) {
    cout << n << " ";  // 直接遍历容器中的元素
}

※智能指针：引入了智能指针，可以自动管理内存资源。

#include <memory>
//std::unique_ptr 的设计初衷是确保资源的唯一所有权，以简化资源管理并避免内存泄漏。
//如果你需要共享资源，应该使用 std::shared_ptr。
//std:weak_ptr 用于解决shared_ptr可能导致的循环引用问题，不拥有资源，不增加引用计数。
unique_ptr<int> up(new int(10));
shared_ptr<int> sp(new int(20));
weak_ptr<int> wp = sp；

※Lambda表达式：引入了Lambda表达式，可以方便地定义匿名函数对象。

auto lambda = [](int x, int y) {
    return x + y;
};

cout << "Sum: " << lambda(5, 10) << endl;  // 使用Lambda表达式计算和

※可变参数模板：允许模板函数或模板类接受不确定数量的模板参数，但是需要手动解参数包，通常涉及到递归。

template<typename T, typename... Args>
void print(T first, Args... args) {
    cout << first << ", ";
    print(args...); // 递归调用
}

※并发编程支持：提供了对并发编程的支持，包括线程库、原子操作、互斥量等。

#include <thread>
thread t([]() {
    cout << "Hello, world!" << endl;
});

t.join();  // 等待线程t完成

C++14

泛型Lambda表达式：在Lambda表达式中使用auto关键字进行类型推导。

//匿名函数更加灵活
auto add = [](auto a, auto b) { return a + b; };
cout << add(5, 3) << endl;    // 输出 8
cout << add(3.14, 2.56) << endl; // 输出 5.7

变量模板：可以定义模板化的变量，使得代码更加通用和可重用。

template<typename T>
constexpr T pi = T(3.14159265358979323846);
cout << pi<int> << endl;    // 输出 3
cout << pi<double> << endl;  // 输出 3.14159265358979323846

放松的constexpr限制：允许在constexpr函数中使用更多的语言特性。

constexpr int factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}
cout << factorial(5) << endl; // 输出 120，编译时计算

二进制字面量：可以方便地表示二进制数值。

int binaryValue = 0b1101; // 表示二进制值1101，即十进制的13
cout << binaryValue << endl; // 输出 13

C++17

※结构化绑定：可以方便地解构数据结构中的成员变量。

struct Point {
    int x, y;
};

int main() {
    Point p{1, 2};
    auto [x, y] = p; // 结构化绑定，解构Point结构体
    cout << x << ", " << y << endl; // 输出 1, 2
}

if constexpr语句：可以在编译时进行条件判断和优化。

template <typename T>
void doSomething(T value) {
    if constexpr (std::is_integral<T>::value) {
        cout << "T is an integral type" << endl;
    } else {
        cout << "T is not an integral type" << endl;
    }
}

int main() {
    doSomething(5);    // 编译时会选择执行is_integral分支
    doSomething(3.14); // 编译时会选择执行!is_integral分支
}

折叠表达式：可以方便地对参数包进行展开和操作。

template <typename... Args>
int sum(Args... args) {
    return (0 + ... + args); // 折叠表达式，将所有参数相加
}

int main() {
    cout << sum(1, 2, 3, 4) << endl; // 输出 10
}

新增算法和数据结构：如std::variant、std::optional 。

#include <variant>
#include <optional>

std::variant<int, double, std::string> v = 42; // variant可以存储多种类型中的一个
std::optional<int> o = std::make_optional(10);  // optional用于表示可能为空的值

int main() {
    if (o) {
        cout << *o << endl; // 输出 10，如果o有值
    }

    std::visit([](auto&& arg) { cout << arg << endl; }, v); // 输出 42，使用std::visit来访问variant的值
}

C++20

概念（Concepts）：提供了编译时类型检查的功能，允许程序员定义一组约束，只有满足这些约束的类型才能作为模板参数。

template<typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
    { a + b } -> std::same_as<T>;
};

template<Addable T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

※协程（Coroutines）：实现了轻量级的协程，为编写异步代码提供了便利。

#include <iostream>
#include <coroutine>

// 定义协程的返回对象
struct Task {
    struct promise_type {
        Task get_return_object() { return {}; }
        std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
        void return_void() {}
        void unhandled_exception() {}
    };
};

Task myCoroutine() {
    // 在这里编写协程的逻辑
    std::cout << "Hello, ";
    std::coroutine::suspend_never one;
    std::coroutine::suspend_never two;
    std::coroutine::resume(one);
    std::coroutine::resume(two);
    std::cout << "World!" << std::endl;
}

int main() {
    myCoroutine();
}

模块（Modules）：改进了程序的单元隔离和增量编译，允许将代码组织成更小的、可维护的单元。模块可以提高编译速度，因为它们可以被编译器缓存和重用。

// example.cppm
export module example;
export int add(int a, int b) { return a + b; }

// main.cpp
import example;

int main() {
    int result = add(3, 5);
    return result;
}

※范围（Ranges）：为处理序列数据提供了统一的接口。

#include <iostream>
#include <ranges>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> v = {5, 3, 9, 1, 6};

    // 使用自定义比较函数进行排序
    std::ranges::sort(v, std::greater<>{});

    for (int n : v) {
        std::cout << n << ' ';
    }
    std::cout << '\n'; // 输出排序后的向量：9 6 5 3 1
}