[转载] C++11中值得关注的几大变化

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[转载] C++11中值得关注的几大变化

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。
Lambda 表达式

Lambda 表达式的形式是这样的:
view plain
capture->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:
view plain
int main()
{
char s[]=“Hello World!”;
int Uppercase = 0; //modified by the lambda
for_each(s, s+sizeof(s), &Uppercase {
if (isupper©)
Uppercase++;
});
cout<< Uppercase<<” uppercase letters in: “<< s<<endl;
}

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:
view plain
auto x=0; //0 是 int 类型,所以 x 也是 int 类型
auto c=‘a’; //char
auto d=0.5; //double
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:
view plain
void func(const vector &vi)
{
vector::const_iterator ci=vi.begin();
}

那个迭代器可以声明为:
view plain
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”:
view plain
const vector vi;
typedef decltype (vi.begin()) CIT;
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:
view plain
std::string s(“hello”);
int m=int(); //default initialization

还有等号形式的:
view plain
std::string s=“hello”;
int x=5;

对于 POD 集合,又可以用大括号:
view plain
int arr[4]={0,1,2,3};
struct tm today={0};

最后还有构造函数的成员初始化:
view plain
struct S {
int x;
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:
view plain
class C
{
int a;
int b;
public:
C(int i, int j);
};
C c {0,0}; //C++11 only. 相当于 C c(0,0);
int* a = new int[3] { 1, 2, 0 }; /C++11 only
class X {
int a[4];
public:
X() : a{1,2,3,4} {} //C++11, 初始化数组成员
};

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:
view plain
// C++11 container initializer
vector vs={ “first”, “second”, “third”};
map singers =
{ {“Lady Gaga”, “+1 (212) 555-7890”},
{“Beyonce Knowles”, “+1 (212) 555-0987”}};

而类中的数据成员初始化也得到了支持:
view plain
class C
{
int a=7; //C++11 only
public:
C();
};
deleted 函数和 defaulted 函数

像以下形式的函数:
view plain
struct A
{
A()=default; //C++11
virtual ~A()=default; //C++11
};

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:
view plain
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:
view plain
struct NoCopy
{
NoCopy & operator =( const NoCopy & ) = delete;
NoCopy ( const NoCopy & ) = delete;
};
NoCopy a;
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:
view plain
void f(int); //#1
void f(char *);//#2
//C++03
f(0); //调用的是哪个 f?
//C++11
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:
view plain
const char *pc=str.c_str(); //data pointers
if (pc!=nullptr)
cout<<pc<<endl;
int (A::*pmf)()=nullptr; //指向成员函数的指针
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:
view plain
class M //C++11 delegating constructors
{
int x, y;
char *p;
public:
M(int v) : x(v), y(0), p(new char [MAX]) {} //#1 target
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:
view plain
void naiveswap(string &a, string & b)
{
string temp = a;
a=b;
b=temp;
}

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:
view plain
void moveswapstr(string& empty, string & filled)
{
//pseudo code, but you get the idea
size_t sz=empty.size();
const char *p= empty.data();
//move filled’s resources to empty
empty.setsize(filled.size());
empty.setdata(filled.data());
//filled becomes empty
filled.setsize(sz);
filled.setdata(p);
}

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:
view plain
class Movable
{
Movable (Movable&&); //move constructor
Movable&& operator=(Movable&&); //move assignment operator
};

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:
view plain
#include
//C++11 code
//are all of the elements positive?
all_of(first, first+n, ispositive()); //false
//is there at least one positive element?
any_of(first, first+n, ispositive());//true
// are none of the elements positive?
none_of(first, first+n, ispositive()); //false

还有一个新的 copy_n:
view plain
#include
int source[5]={0,12,34,50,80};
int target[5];
//从 source 拷贝 5 个元素到 target
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:
view plain
#include
int a[5]={0};
char c[3]={0};
iota(a, a+5, 10); //changes a to {10,11,12,13,14}
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++。