C++新特性

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。

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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：

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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。

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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：

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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
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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：

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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：

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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:

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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：

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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：

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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

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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。

七. 原始字符串（raw string）

一个原始字符串字面值允许你避免转义那些在HTML，XML和正则表达式里运用得得心应手的特殊字符。下面是一个示例用法：

现在，s1是一个指向常量字符串值为“This is a "raw" string”的指针。尽管不支持嵌套双引号，这与C#支持的@string文字是类似的。那么要在一个字符串字面值中嵌入R"(...)"会怎样。这种情况下，你可以使用以下语法：

现在，s2包含 Example:
R"(This is my raw string)"。 在这个例子中，我把QQ作为界定符。这个界定符可以是任何长度不超过16的字符串。原始字符串字面值也可以包含换行：

最后，不论他们什么时候添加统一码字符串字面值的支持，你都可以将它们连接起来并构成原始统一码字符串字面值。

八. 可变参数模板

可变参数模板是一个允许多个参数的模板。在我看来，这是个提供给库作者而不是给库使用者的特性，所以我也不是很确定它在C++程序员中会有多流行。以下我们用一个非常简单的例子来展示如何在实际开发中使用可变参数模板。

当使用可变参数模板时，智能感应（intellisense）能很好地配合我们的开发。可变参数模板的实现包括一个叫asizeof的函数，这个函数能返回这个模板的参数个数。

这其实就是一个数个数的例子，但我猜他们之所以使用一个现存的函数名是因为这样子做会让C++程序员们更容易上手。对于可变参数模板，一个常用的做法就是专攻其中一个参数，然后把其余的参数都变为可选。这个做法可以以递归的形式实现。以下是一个比较傻的例子，但它能让你明白什么时候不应该用可变参数模板，继而更好地了解这个语言特性。

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

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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