C++11新特性学习笔记

最近学习了C++11的新特性，将学习内容整理下来以巩固记忆，C++11的新特性，可以分为两部分，第一部分是C++11核心语言的特性，第二部分是STL标准库的新特性。学习C++11主要参考了wiki上的一篇文章，在介绍右值引用的时候还参考了MSDN上一篇文章，由于这两篇文章写的时间比较早，和实际有些出入，我的开发环境是win8，vs2012，很多C++11特性还没支持，所以只整理了vs2012已经支持了的特性。

第一部分：核心语言的特性

一. 右值引用，move语义，完美转发

1. 左值（lvalue）和右值（rvalue）的概念

c++11引入一种新式引用，名曰右值引用，语法：Type&& , const Type&&，区别于之前的&标示的左值引用。为理解右值引用，先要理解左值和右值的概念。

左值，在表达式中，表达式结束时候不会消失，如：obj , *ptr , ptr[index] , ++x

右值，在表达式中，是临时的，表达式结束就会“蒸发”，如：1729 , x + y , std::string("meow") , x++ 

区分左值和右值，还有另一种方法：能否取得其地址。

如果能取得其地址，是左值，如：&obj , &*ptr , &ptr[index] , &++x是合法的，是左值；

如果不能取得其地址，是右值，如：&1729 , &(x + y) , &std::string("meow") , &x++ 都是不合法的，是右值。

不管是左值还是右值，它要么是modifiable的，要么是const的，如下：

string one("cute");

const string two("fluffy");

string three() { return "kittens"; }

const string four() { return "are an essential part of a healthy diet"; }

one;     // modifiable lvalue

two;     // const lvalue

three(); // modifiable rvalue

four();  // const rvalue

2. 左值引用和右值引用的绑定特性

左值引用和右值引用各包含modifiable value和const value，故可以分为4种引用形式：

modifiable lvalue reference
const lvalue reference
modifiable rvalue reference
const rvalue reference

下面这个示例是测试4种引用的绑定特性，每种引用都试图绑定这4种引用的值。

[cpp]
view plain
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#include <iostream>  
using namespace std;  
  
// 测试左值引用和右值引用的绑定特性  
/** 
 * 左值引用和右值引用各包含modifiable value和const value，故可以分为4种引用形式： 
 * 1. modifiable lvalue reference 
 * 2. const lvalue reference 
 * 3. modifiable rvalue reference 
 * 4. const rvalue reference 
 * 下面这个示例是测试4种引用的绑定特性，每种引用都试图绑定这4种引用的值。 
*/  
  
string modifiable_rvalue() {  
    return "cute";  
}  
   
const string const_rvalue() {  
    return "fluffy";  
}  
  
int main() {  
    string modifiable_lvalue("kittens");  
    const string const_lvalue("hungry hungry zombies");  
   
    // A: testing modifiable lvalue reference  
    string& a = modifiable_lvalue;  
    string& b = const_lvalue;             // cannot convert from 'const std::string' to 'std::string &'  
    string& c = modifiable_rvalue();  
    string& d = const_rvalue();           // cannot convert from 'const std::string' to 'std::string &'  
   
    // B: testing const lvalue reference  
    const string& e = modifiable_lvalue;  
    const string& f = const_lvalue;  
    const string& g = modifiable_rvalue();  
    const string& h = const_rvalue();  
   
    // C: testing modifiable rvalue reference  
    string&& i = modifiable_lvalue;     // cannot convert from 'std::string' to 'std::string &&'  
    string&& j = const_lvalue;          // cannot convert from 'const std::string' to 'std::string &&'  
    string&& k = modifiable_rvalue();  
    string&& l = const_rvalue();            // cannot convert from 'const std::string' to 'std::string &&'  
   
    // D: testing const rvalue reference  
    const string&& m = modifiable_lvalue;   // cannot convert from 'std::string' to 'const std::string &&'  
    const string&& n = const_lvalue;        // cannot convert from 'const std::string' to 'const std::string &&'  
    const string&& o = modifiable_rvalue();  
    const string&& p = const_rvalue();  
  
    return 0;  
}  

通过上面例子得出的结论：
1） 左值引用和右值引用: modifiable references不能绑定const修饰的值.

2.）右值引用不能绑定左值引用，无论是否const修饰的值.

利用重载函数检查自动绑定：

[cpp]
view plain
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#include <iostream>  
#include <string>  
using namespace std;  
  
// 利用重载函数检查自动绑定  
  
void meow(string& s) {  
    cout << "meow(string&): " << s << endl;  
}  
   
void meow(const string& s) {  
    cout << "meow(const string&): " << s << endl;  
}  
  
void meow(string&& s) {  
    cout << "meow(string&&): " << s << endl;  
}  
  
void meow(const string&& s) {  
    cout << "meow(const string&&): " << s << endl;  
}  
  
string rvalue_func() {  
    return "rvalue_func()";  
}  
  
const string const_rvalue_func() {  
    return "const_rvalue_func()";  
}  
  
int main() {  
    string lvalue("lvalue");  
    const string const_lvalue("const_lvalue");  
   
    meow(lvalue);  
    meow(const_lvalue);  
    meow(rvalue_func());  
    meow(const_rvalue_func());  
  
    return 0;  
}  

运行结果：
meow(string&): lvalue

meow(const string&): const_lvalue

meow(string&&): rvalue_func()

meow(const string&&): const_rvalue_func()

请按任意键继续. . .

有个值得注意的地方：当有 const Type& 和 Type&& 重载时，modifiable rvalues bind to Type&&，其他的都bind to const Type&.

3. Move语义

std::move是获得右值的方式，通过move可以将左值转为右值。

[cpp]
view plain
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#include <iostream>  
#include <utility>  
#include <string>  
#include <vector>  
using namespace std;  
  
int main()  
{  
    std::string str = "Hello";  
    std::vector<std::string> v;  
   
    // uses the push_back(const T&) overload, which means   
    // we'll incur the cost of copying str  
    v.push_back(str);  
    std::cout << "After copy, str is \"" << str << "\"\n";  
   
    // uses the rvalue reference push_back(T&&) overload,   
    // which means no strings will copied; instead, the contents  
    // of str will be moved into the vector.  This is less  
    // expensive, but also means str might now be empty.  
    v.push_back(std::move(str));  
    std::cout << "After move, str is \"" << str << "\"\n";  
   
    std::cout << "The contents of the vector are \"" << v[0] << "\", \"" << v[1] << "\"\n";  
}  

运行结果：
After copy, str is "Hello"

After move, str is ""

The contents of the vector are "Hello", "Hello"

在 C++11，一个std::vector的 "move 构造函数" 对某个vector的右值引用可以单纯地从右值复制其内部 C-style 数组的指针到新的 vector，然后留下空的右值。这个操作不需要数组的复制，而且空的暂时对象的解构也不会摧毁存储器。传回vector暂时对象的函数只需要传回std::vector<T>&&。如果vector没有 move 构造函数，那么复制构造函数将被调用，以const std::vector<T> &的正常形式。 如果它确实有 move 构造函数，那么就会调用
move 构造函数，这能够免除大幅的存储器配置。 

二. 类型推导

有被明确初始化的变量可以使用 auto 关键字

使用auto可以减少冗余代码,举例而言，程序员不用写像下面这样：

[cpp]
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for (vector<int>::const_iterator itr = myvec.cbegin(); itr != myvec.cend(); ++itr)  

而可以用更简短的

[cpp]
view plain
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for (auto itr = myvec.cbegin(); itr != myvec.cend(); ++itr)  

这里的cbegin()和cend也是c++11新加入的，因为begin()，和end()函数在容器中都有两个，一个返回iterator，

另一个返回const_iterator，因为有auto关键字，编译器将右值推导成哪个不明确，所以对容器内容只读时推荐使用cbegin()和cend()

三. 以范围为基础的 for 循环

for 语句将允许简单的范围迭代：

[cpp]
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int my_array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  
for (int &x : my_array)  
{  
  x *= 2;  
}  

四. Lambda函数与表示式

在调用C++标准程序库算法函数诸如算法函数诸如sort和find_if时候，第3个参数往往需要输入一个函数对象，既麻烦又冗赘，

还好C++11有了Lambda的支持，举例而言，程序员不用写像下面这样：

[cpp]
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// 查找字符串长度是5的Data  
struct Cmpare  
{  
    Cmpare(int n) : len_(n)  
    {}  
  
    bool operator()(const Data& d)  
    {  
        return (d.data_.length() == len_);  
    }  
  
private:  
    int len_;  
};  
vector<Data>::iterator it = std::find_if(my_vec.begin(), my_vec.end(), Cmpare(5));  

而可以用Lambda函数代替:

[cpp]
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int find_len = 5;  
it = std::find_if(my_vec.begin(), my_vec.end(), [find_len](const Data& d) {  
    return (d.data_.length() == find_len);  
});  

Lambda函数体内需要什么变量，就在方括号中指明，方括号内容的含义：

[] // 沒有定义任何参数。使用未定义参数会导致错误。

[x, &y] // x 以传值方式传入，y 以传引用方式传入。

[&] // 任何被使用到的外部参数皆以引用方式使用。

[=] // 任何被使用到的外部参数皆以传值方式使用。

[&, x] // x 显式地以传值方式加以使用。其余参数以传入方式使用。

[=, &z] // z 显式地以引用方式加以使用。其余参数以传值方式使用。

在成员函数中指涉对象的 this 指针，必须要显式的传入 lambda 函数， 否则成员函数中的 lambda 函数无法使用任何该对象的变量或函数。

[this]() { this->SomePrivateMemberFunction(); };

五. 显示虚函数重载 override final关键字

为防止子类重载的函数与基类函数不一致的情况发生,在编译期期捕获倒错误，语法如下：

[cpp]
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struct Base {  
    virtual void some_func(float);  
};  
   
struct Derived : Base {  
    virtual void some_func(int) override;   // Error: Derive::some_func 并没有 override Base::some_func  
    virtual void some_func(float) override; // OK：显示重载  
};  

C++11也提供关键字final，用来避免类被继承，或是基类的函数被改写：

[cpp]
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struct Base1 final { };  
  
struct Derived1 : Base1 { }; // Error: class Base1 以标明为 final  
  
struct Base2 {  
    virtual void f() final;  
};  
  
struct Derived2 : Base2 {  
    void f(); // Error: Base2::f 以标明为 final  
};  

六. 空指针

C++11 引入了新的关键字来代表空指针常数：nullptr

[cpp]
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char* pc = nullptr;     // OK  
int * pi = nullptr;     // OK  
int    i = nullptr;     // error  
   
foo(nullptr);           // 呼叫 foo(char *)  

这部分先介绍到这里，C++11给程序员带来了不少实惠，在这些新特性里我最喜爱的依次是：右值引用，Lambda表达式，auto关键字，虽然现在项目组还在用VS2005开发程序，但我已经迫不及待地自己使用C++11了。

第二部分：标准库的变更

这部分我想简单提一下，具体写出来不是一两遍博客可以完成的，再说也没必要，可以参考cppReference上详细的说明。

1. 线程支持

标准库提供了std::thread，还提供了线程同步的锁（如std::mutex，std::recursive_mutex），可以 RAII 锁 (std::lock_guard 和 std::unique_lock)。

2. 多元组

还记得boost库中的tuple了吗？现在已经引入到了C++11

[cpp]
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// 多元组类别  
std::tuple<int, std::string, float> Person(12, "amy", 30.1f);  
int id = std::get<0>(Person);  
std::string name = std::get<1>(Person);       // "amy"  

3. 正则表达式
4. 智能指针

std::shared_ptr不用说了，boost库里有的，unique_ptr我想和boost::scoped_ptr一样使用就行了吧，头文件<memory>

5. 包装引用

std::ref，将值转成引用