c++ 17介绍

作者：hearts zh
链接：https://www.zhihu.com/question/32222337/answer/55238928
来源：知乎
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其实现在的proposal很多很多，不出意外也会有相当一部分没时间加进c++17。c++17会是一个大更新，下一个小修补会是c++20

我个人认为从发展角度来说，c++目前最需要的，是module，网络库，以及更完善的并行库。我只稍微搬一下Stroustrup桑今年最新提交的提案，提到了他认为的c++17是需要包括哪些东西。

全文具体链接。
http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4492.pdf

首先，C++永久性的目的就是运行效率。无论怎么设计都不会违背这一点。



1. 关于大规模软件系统的支持

Modules：不出意外，这个呼声太高了。不但是编译速度，就连最基础的One Definition Rule的各种规则都能搞死人。最新的2篇modules提案：
http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2015/n4465.pdfhttp://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4466.pdf说起来简单，实现起来麻烦。目前提案者正在Visual C++中实现这些提案。因为这个呼声很高，有理由相信进入c++17的可能性很大。虽然目前进展还不是很快的感觉。看proposal目前还有一些小的design decision没有明确下来，例如是否需要interface这个关键字之类的。

有了modules写出来的代码是什么样子呢，大概是这个样子，

import std.vector;
import std.string;
import std.iostream;
import std.iterator;

怎样写module呢？

//abc.cpp （文件名无需和module名重合）
module abc;
struct internal {  };
int internal_f() {  }
export namespace abc
{
class abc { };
}

注意C++的module仅仅只是编译范畴的，并不是二进制范畴的。效率为王。

Contracts：经过11年被洗礼之后，这次加进来问题应该不大了。最新的提案：

http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2015/n4415.pdf

出来时间比较久了，大家也都知道是干嘛的，也有刘雨培童鞋说过最新提案，我就不多说了，其实Contracts简化后也是蛮复杂的，但基本上即使你从没接触过，读懂别人写的代码的难度也不大。

A type-safe union：也就是variant，基本上是在往functional-programming上靠。

Stroustrup桑还给了一个链接，13年他的一个学生（？）的论文，一个c++的pattern matching库，蛮坑的。我觉得不进行大改善，这个pattern matching库进入c++的标准可能性不大。

好奇的童鞋们不用找了，我拷个最简单的例子出来。有了variant之后，这个match库可以match类型+值。不过仅仅是库而不是语言层面的支持，真是不伦不类啊。

int factorial(int n) {
int m;
Match(n) {
Case (1) return 0;
Case (m) return m*factorial(m-1);
Case (_) throw std::invalid_argument("");
} EndMatch
}

2. 关于并行

基础网络库：这个太需要了，没有基础网络库，其他任何网络相关的操作都是空中楼阁。

基于boost::asio的最新提案，

http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2015/n4478.html

boost::asio的async模型基本是callback。但这个proposal其实并不是简单的boost::asio直接拷贝过来，除了基本的asio之外，还基于future和co-routine加了不少料。

例如，基于future的async模型，

std::future<std::size_t> fut =
socket.async_read_some(buffer(buffer_space), use_future);

// ...

std::size_t length = fut.get();

复杂一点还可以这样，

socket.async_read_some(buffer(buffer_space), use_future).then([](std::size_t) {});

例如，基于co-routine的async模型（例子是stackful的，stackless需要语言层面支持）。

void coro_connection(tcp::socket& socket, yield_context yield)
{
try
{
std::vector<char> buffer_space(1024);
for (;;)
{
std::size_t length = socket.async_read_some(buffer(buffer_space), yield);
uppercase(buffer_space.begin(), buffer_space.begin() + length);
async_write(socket, buffer(buffer_space, length), yield);
}
}
catch (std::system_error& e)
{
// ...
}
}

基本上可以看出网络库是一个async模型的大杂烩，只要你有，我就支持。

最后，这个proposal还加了一些高级的库（无需关注底层细节）。

tcp::iostream s("www.boost.org", "http");

s << "GET / HTTP/1.0\r\n";
s << "Host: www.boost.org\r\n";
s << "Accept: */*\r\n";
s << "Connection: close\r\n\r\n";

std::string header;
while (std::getline(s, header) && header != "\r")
std::cout << header << "\n";
std::cout << s.rdbuf();

SIMD vector：数学计算啊，游戏啊，没什么好说的，研究这方面的自然懂，不研究的这个概念也没啥复杂的。下面这个提案提出一个matrix 类，乘法等操作利用simd搞计算。

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4492.pdf

Improved Future: 基本上都是微软根据.Net经验提出来的。就比如网络库的.then，就是基于此。你可以async_read( ).then().then().then()，等等。具体看proposal吧，蛮简单易懂的。

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n3857.pdf

Co-routines：主体也是微软搞出来的提案，基本和.net一样的语法。在VC++上已经有实现。本来这东西就分stackful还是stackless。微软应该是比较倾向于stackless的，google一人也提出了stackful和stackless的语法可以统一的一个提案。具体还未定。很可能是都支持，用户可自由选择的。其实微软的提案还是比较吸引人。关键字：await，yield

https://isocpp.org/files/papers/N4402.pdf

我要多说一些，因为蛮有意思，

复制一下微软的design goal：

* Highly scalable (to billions of concurrent coroutines)
* Highly efficient resume and suspend operations comparable in cost to a function call overhead
* Seamless interaction with existing facilities with no overhead
* Open ended coroutine machinery allowing library designers to develop coroutine libraries exposing various high-level semantics, such as generators, goroutines, tasks and more
* Usable in environments where exception are forbidden or not available

就看他的design goal就很想敢用了

写出来的代码什么样子呢？await和yield关键字其实.net, python啊，java啊之类的也都有，没什么好解释的，要说下generator和goroutine，你没看错，是类Go语言的goroutine支持。

generator:

generator<int> fib(int n) {
int a = 0;
int b = 1;
while (n-- > 0) {
yield a;
auto next = a + b;
a = b;
b = next;
}
}

goroutine:

goroutine pusher(channel<int>& left, channel<int>& right)
{
for(;;) {
auto val = await left.pull();
await right.push(val + 1);
}
}
int main() {
static const int N = 1000 * 1000;
std::vector<channel<int>> c(N + 1);
for(int i = 0; i < N; ++i)
goroutine::go(pusher(c[i], c[i + 1]));
c.front().sync_push(0);
std::cout << c.back().sync_pull() << std::endl;
}

Trasactional Memory: 底部支持，没什么好说的。基本是板上钉钉。

Parallel STL

基本上就是并行实现的stl，可以选择模式，例如sort

sort(begin(v), end(v)); //无并行
sort(seq, begin(v), end(v)); //无并行
sort(pal, begin(v), end(v)); //并行
sort(par_vec, begin(v), end(v)); //并行矢量化
execution_policy exec=seq; //动态决定
if (v.size() > 1000) exec = par;
sort(exec, begin(v), end(v));

3. 语言用法简化

Concepts: 不说了

Ranges: 也有童鞋说过了，不说了。总体来说ranges就是一对数[i, j),或者一对iterator。需要对STL库进行添加支持针对Ranges的操作。例如你可以sort(v),而无需sort(begin(v), end(v))

Default comparisons：就是说会自动生成operator >, ==之类的。对用户自定义move或者copy的不会自动生成。

Uniform call syntex：也有童鞋说过了。

目前这个提案大概是确认了：如果f(x,y),那么就先找函数，如果函数没有，再找x.f(y)。而x.f(y)相反，找不到类x的f函数，再去找
f(x,y)函数。也有另外一个选择，就是x.f(y)和f(x,y)所有符合的全部放到一起然后做overloading
resolution。这样可能会破坏现有的代码。还有2年时间可以讨论选哪种。

Operator dot： 没什么可说的

array_view和string_view: 蛮有意思的东西。

假设你有一个字符串“abcde, xyz"，目前来说，如果你实现一个函数，从逗号分割这个字符串，你会得到2个字符串"abcd", "xyz"。但如果有了string_view，你会得到2个string_view，每个string_view里面是一个(start, size)对，这样就节省了多个字符串拷贝。

array_view可以更有意思，

auto M = 32;
auto N = 64;
auto v = vector<float>(M * N);
auto av = array_view<float, 2>({M, N}, v);

你要问为啥不直接 vector<vector<float>>，因为这样无法保证内存连续分配啊。

stack_array：还没有proposal

optional，和variant类似吧。目前没有proposal，除非pattern matching被加到c++17中去了，否则不太可能17里实现。

以上就是stroustrup桑眼里的c++17应该大概支持这些。当然不是一个完整列表，不包括一些库的改进和语法小改进。

不要想啦，C++ 17 毛都没有。。。没有 Module， 没有 Coroutine， 没有 Ranges，没有 Reflection，没有 Contracts，没有……
唯一有希望的 Concepts 争议很大。。也玄。
Network TS 也玄。
所以，……

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我的天，看到这个问题我激动得不知道说些什么好。在 BS 的那篇 Thoughts about C++ 17 里面已经提到了很多提案了。我说一点我研究过的吧，算是抛砖引玉：
先说一些开胃菜吧。

模板的模板参数允许使用 typename（之前仅允许使用 class）

修改了 initializer_list 的推导原则：



还解决了迷之 ill-formed/UB（这个详细请自行阅读http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n4089.pdf）

unique_ptr<Foo const * const []> ptr1(new Foo*[10]);
Foo const * ptr = ptr1[9];

嵌套的 namespace:

namespace A::B::C {
//…
}

相当于：

namespace A {
namespace B {
namespace C {
//…
}
}
}

Fold Expressions：

template<typename... T>

auto sum(T... s){

return (... + s);

}

再说说大的：

Concepts

在CppCon 2014里面BS发表了主题为 Make Simple Things Simple 的演讲，里面提到了Concepts。根据他的意思，我们以后可以这么写代码：
&lt;img src="https://pic3.zhimg.com/9702ddd9a5ee7fd1e5fe91c003916fd2_b.png" data-rawheight="717" data-rawwidth="964" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="964" data-original="https://pic3.zhimg.com/9702ddd9a5ee7fd1e5fe91c003916fd2_r.png"&gt;注意！Sortable可不是Java/C#里的Interface，它叫做Concept。

注意！Sortable可不是Java/C#里的Interface，它叫做Concept。

Module

对于Module也可以说是呼声极高了，可以大幅加快编译速度，带来相当多的好处，不过我对于Module的提案没有太多研究。

Contracts

Contracts 目前的提案是N4415。大概意思就是为每个函数指定一个 pre-conditions 与 post-conditions。大概像是这样：

T& operator[](size_t i) [[expects: i < size()]];

ArrayView(const vector<T>& v) [[ensures: data() == v.data()]];

那么不满足这些conditions会发生什么呢？提案中说是“implemention-defined”。而且应该允许每个TU独立打开所有的测试，关闭所有，打开/关闭pre，打开关闭post。

Unified Call Syntax

这个真的是太优美了。HS和BS分别提了一篇提案，后来俩人又一起弄了一篇提案。这个说的是什么呢，就是统一f(x,y)与x.f(y)，这样就不用std::begin一个，container.begin()又一个了。HS的提案中提到了这样的应用场景：

void f(FILE* file)
{
fseek(file,9,SEEK_SET);
}

//proposed new C++ code
void f(FILE* file)
{
file->fseek(9,SEEK_SET); //nice autocomplete after "->"
}

不过现在这个提案还有很多细节在商讨。
说了一些我了解的Core Language特性，说一些库的东西吧！先说点小东西

std::invoke

让我们看看如何实现一个apply:

template <class F, class Tuple, std::size_t... I>
constexpr decltype(auto) apply_impl(F&& f, Tuple&& t, std::index_sequence<I...>)
{
return std::invoke(std::forward<F>(f), std::get<I>(std::forward<Tuple>(t))...);
// Note: std::invoke is a C++17 feature
}
template <class F, class Tuple>
constexpr decltype(auto) apply(F&& f, Tuple&& t)
{
return apply_impl(std::forward<F>(f), std::forward<Tuple>(t),
std::make_index_sequence < std::tuple_size<std::decay_t<Tuple>>::value > {});
}

INVOKE的概念一直在标准里面，这回终于有了真正的invoke了。

void_t

有了Expression SFINAE和void_t，写模板真的是方便了太多了。就像这样：

template<typename Iterator,
typename = void>
struct reference_type
{
using type = decltype(*declval<Iterator>()); // no reference, use operator*
};

template<typename Iterator>
struct reference_type<Iterator,
void_t<typename Iterator::reference>
>
{
using type = typename Iterator::reference; //I have a reference
};

再说说大的。目前这些都属于 TS 。

利用variable templates：

namespace std {
namespace experimental {
inline namespace fundamentals_v2 {

// See C++14 §20.10.4.1, primary type categories
template <class T> constexpr bool is_void_v
= is_void<T>::value;
template <class T> constexpr bool is_null_pointer_v
= is_null_pointer<T>::value;
//....

filesystem

network

Ranges

Ranges！这个我必须说一说。我们经常写

std::sort(std::begin(v),std::end(v),std::greater<>{});

那个begin end太烦了。Ranges就是为了解决这个问题：

std::sort(v,std::greater<>{});

当然远远不止这点，Ranges 里面的东西还可以花样组合。你还可以写出这样的东西：

int total = accumulate(view::iota(1) |
view::transform([](int x){return x*x;}) |
view::take(10), 0);

其实背后的概念还是挺多的，例如 Iterable 等等。详细的可以去看Ranges for the Standard Library, Revision 1 。

Type-erased Allocator

这个真的是深得我心啊！我最近正在按照目前的TS Draft实现这个东西。就是说一个vector:

std::vector<int,std::allocator<int>> v1;
std::vector<int,MyAllocator<int>> v2;
v1 = v2;//Error

由于Allocator属于类型的一部分，导致不同Allocator的vector不能copy啊等等。而且个人认为std::allocator有点鸡肋。这回好了，有了一个叫做memory_resource的抽象类：

class memory_resource {
// For exposition only
static constexpr size_t max_align = alignof(max_align_t);

public:
virtual ~memory_resource();

void* allocate(size_t bytes, size_t alignment = max_align);
void deallocate(void* p, size_t bytes,
size_t alignment = max_align);

bool is_equal(const memory_resource& other) const noexcept;

protected:
virtual void* do_allocate(size_t bytes, size_t alignment) = 0;
virtual void do_deallocate(void* p, size_t bytes,
size_t alignment) = 0;

virtual bool do_is_equal(const memory_resource& other) const noexcept = 0;
};

之后有五种内置的多态allocator：

new_delete_resource()，使用::operator new/delete

null_memory_resource()，使用allocate就会抛出std::bad_alloc

synchronized_pool_resource

unsynchronized_pool_resource

monotonic_buffer_resource

有一个pmr::polymorphic_allocator的类满足Allocator requirements，将一个memory_resource包装起来：

#include <deque>

namespace std {
namespace experimental {
inline namespace fundamentals_v2 {
namespace pmr {

template <class T>
using deque = std::deque<T,polymorphic_allocator<T>>;

} // namespace pmr
} // namespace fundamentals_v2
} // namespace experimental
} // namespace std

#include <forward_list>

namespace std {
namespace experimental {
inline namespace fundamentals_v2 {
namespace pmr {

template <class T>
using forward_list =
std::forward_list<T,polymorphic_allocator<T>>;

} // namespace pmr
} // namespace fundamentals_v2
} // namespace experimental
} // namespace std

当然，我只是说了我了解的。还有很多其他的并发、并行算法、SIMD vector、string_view/array_view、optional/variant/any我没有做深入了解，就不误导大家了。