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【C++】C++11新增特性

news 来源：原创 2024/9/20 2:53:46

C++11简介：

1、统一的列表初始化：

std::initializer_list

2、自动类型推导：

auto：

decltype：

3、final 和 override

final：

override：

4、默认成员函数控制：

显示缺省函数：

删除默认函数：

5、左值和右值：

概念补充：

代码示例：

左值引用与右值引用：

两者的联系和区别：

右值引用的意义：

6、完美转发：

7、lambda表达式：

8、可变参数列表：

9、包装器：

function包装器：

bind（绑定）：

C++11简介：

C++11，也被称为C++0x，是C++编程语言的一个重要更新版本，它于2011年正式被ISO标准委员会批准。相比于C++98，C++11带来了大量的新特性和改进，其中包含了约140个新特性，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率。本篇主要介绍一些使用的多且实用的一些语法：

1、统一的列表初始化：

在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。例如：

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加。

struct Student
{int _x;int _y;
};
int main()
{// 两种写法一样的int x1 = 1;int x2{ 2 };// 可以省去 = int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5]{ 0 };Student s{ 1, 2 };return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化

class A
{
public:// 如果不想让隐式类型转换发生可以加关键字: explicit// explicit A(int x, int y)A(int x, int y):_x(x), _y(y){}// 单参数A(int x):_x(x), _y(x){}private:int _x;int _y;
};int main()
{// 多参数的隐式类型转换// 本质是构造一个A对象，然后用这个对象去拷贝构造(编译器会进行优化， 就变成了直接构造)A a1 = { 1,2 };// 例如: A& a3 = {2, 2}; 这样子的就不行，但转换成下面的就可以const A& a3 = { 2,2 }; // 因为右边会产生临时变量，但临时变量具有常性// 当然也可以不加 = ,如 A a1{ 1,2 }; 但是不太推荐这么写 return 0;
}

std::initializer_list

initializer_list 是 C++11 引入的一个特性，用于表示某种类型对象的数组。它允许使用花括号 {} 包围的初始值列表来初始化对象或函数参数。initializer_list 通常与构造函数结合使用，以提供一种灵活的方式来初始化集合（如数组、向量等）或执行基于多个值的初始化。

（本质就是一个常量数组）

是个容器，但是没有新开空间，里面有两个指针，一个指向第一个元素(常量数组的开始)，一个指向最后一个元素的后一个位置(常量数组的结束)，所以是8/16字节，因为是两个指针（first, last）

2、自动类型推导：

auto：

auto 关键字用于自动类型推导。编译器会根据初始化表达式自动推断出变量的类型。使用 auto 可以让代码更加简洁，例如STL容器迭代器、函数返回类型等。

缺陷：

auto虽然用起来非常方便，但也不能滥用哦，例如在层层嵌套的函数当中，用起来是爽了，但是代码的可读性会大大下降，这时维护起来也会特别麻烦，一个变量可能得剥好几层才知道类型，还有在涉及到函数重载以及模板元编程时，容易引发错误和意外的行为。

decltype：

decltype 关键字用于查询表达式的类型。与 auto 不同，decltype 在编译时解析表达式并得到其类型，但不实际计算表达式的值。这意味着可以使用 decltype 来获得几乎任何表达式的类型，包括那些没有定义（或不可计算）的表达式。

缺陷：

decltype的语法相对复杂一点，且在某些情况下，decltype导出的类型可能非常冗长，特别是当表达式涉及到模板类型或复杂函数时。如果在函数声明中使用decltype时，如果函数的返回类型依赖于模板参数或函数参数的类型，那么可能需要使用尾置返回类型（trailing return type）语法，这可能会使函数声明的复杂性增加。

3、final 和 override

final：

final修饰类的时候，表示这个类无法被继承、修饰虚函数时，表示这个虚函数不能被重写。

修饰类：

修饰虚函数：

override：

override 关键字用于检查派生类虚函数是否重写了基类的某个虚函数，如果没有重写编译报错。

4、默认成员函数控制：

显示缺省函数：

当你不为类定义任何构造函数时，编译器会为你生成一个默认构造函数。如果你显式地定义了其他构造函数（例如拷贝构造、移动构造还是其他自定义构造函数），但没有定义默认构造函数，编译器不会自动生成默认构造函数。如果还想编译器生成默认构造函数的话，可以在类定义中显式地使用 default 关键字来请求编译器生成默认构造函数。

删除默认函数：

如果想要一个类禁止被拷贝，在C++98当中的做法是将这个类的拷贝构造以及赋值重载直接声明为私有（private），在C++11中则更为简单一些，只需在该函数声明加上delete关键字即可：

5、左值和右值：

概念补充：

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值（这个不能是左值引用的返回）等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

简记：左值能出现在右边，右值不能出现在左边。

代码示例：

左值引用与右值引用：

可以先简短的记着：左值引用就是给左值取别名，右值引用就是给右值取别名！

先来谈谈简单的：左值引用：

int main()
{int a = 10;int& b = a; // b就是a的别名，其实就是a// 属于同一块地址空间：cout << &a << endl;cout << &b << endl;return 0;
}

再来谈谈右值引用：

int main()
{int x = 1, y = 2;int&& z = (x + y);string&& s1 = string("111111");string&& s2 = to_string(1234);int&& a = 10;return 0;
}

两者的联系和区别：

右值引用的本身是左值，因为只有这样才能实现移动构造和移动赋值，以此来实现资源转移，因为普通左值是没法引用右值的，必须加const，但是加了又没法实现资源的转移。

所以右值引用是有地址的：

	string&& s1 = string("111111");cout << &s1 << endl;

如果右值引用的属性是右值，那么移动构造和移动赋值，要转移资源的语法逻辑是矛盾的，右值是不能被改变的，可以理解为右值带有const属性。

诶？那再回头来看看，既然右值引用是给右值取别名，那么右值引用有地址，那么是不是右值本身是有地址的？？？

其实还真是，像刚才的那种右值的底层是有地址的，但是只有编译器知道，为了语法的逻辑自洽，他不会让你取得到这个地址，右值引用s1其实就是变相获取到这个地址，所以能不能取到地址不是关键，关键是资源的转移（匿名对象和临时对象都带有const属性）

一般情况下左值引用只能引用左值，不能引用右值。但是加了const的左值引用既能引用左值也能引用右值。

一般情况下右值引用只能引用右值，不能引用左值。但是右值引用可以引用move以后的左值。

move函数：将一个左值对象转化为右值引用，从而允许使用移动语义来优化资源的管理和程序的性能。

右值引用的意义：

右值引用的意义主要体现在两个方面：移动语义、完美转发。

移动语义：

1、资源所有权转移：在C++中，类的右值通常是一个临时对象，如果在表达式结束时没有被绑定到引用，就会被废弃。通过右值引用，可以在对象被废弃之前移走其资源，实现资源的再利用，再需要时，就可以避免无意义的拷贝复制操作，提高效率。

2、减少开销：被移走资源的右值在废弃时已经成为空壳，其析构的开销会大大降低。这有助于提升程序的性能，特别是在处理大型对象或资源密集型操作时。

完美转发：

这里简单讲一下，下一标题再详细叙述。

完美转发的实现依赖于右值引用。右值引用（T&&）用于绑定到即将被销毁的对象上，从而允许资源的移动而非拷贝。

在模板函数中，通过使用 T&& 作为参数类型，能够接受左值和右值作为参数。

6、完美转发：

完美转发（Perfect Forwarding）是C++11中引入的一种编程技巧，其目的是在编写泛型函数时能够保留参数的类型和值类别（左值或右值），从而实现更为高效且准确地传递参数。

完美转发允许函数模板将其接收到的参数“完美”地转发给内部调用的其他函数，这里的“完美”指的是不仅能准确地转发参数的值，还能保证被转发参数的左、右值属性不变。

省流：

完美转发就是在函数模板中，将参数转发给其他函数时，可以锁定参数的左右值属性和值类别。

因为右值引用的对象在作为实参传递时，属性会退化为左值，会直接匹配左值引用，使用完美转发可以保持它的右值属性。

这里来认识两个东西：forward函数和万能引用（T &&）

forward函数：是一个模板函数，用于实现完美转发

万能引用（T &&）：既能接收左值也能接收右值。

直接上一段代码来直观感受一下：

7、lambda表达式：

lambda表达式从C++11标准开始引入的一种定义匿名函数对象的简洁方式。它可以捕获它所在作用域的变量，并可以在需要函数对象的任何地方使用，包括作为算法的一部分或作为回调函数。

基本语法：
[capture](parameters) mutable -> return_type {  // 函数体  
}
capture：捕获列表，指定哪些外部变量在lambda函数体内是可用的。捕获列表可以是按值捕获（例如[x]）或按引用捕获（例如[&x]），也可以混合使用（例如[&, x = this->x]），其中&表示按引用捕获所有外部变量，除了显式按值捕获的。=表示按值捕获所有外部变量，除了显式按引用捕获的。
parameters：参数列表，与普通函数相同。如果lambda不接受任何参数，则可以省略括号。
mutable：这是一个可选的说明符，表示lambda函数体内的代码可以修改按值捕获的变量。默认情况下，这些变量是只读的。
return_type：返回类型，也是可选的。如果lambda体只有一个返回语句，且编译器能够从该语句推断出返回类型，则可以省略。如果lambda没有返回语句，则其返回类型为void。

也可以就简单的记为：[](){}

其实本质就是仿函数，编译器在编译的时候就会转成仿函数，原理类似范围for

举个小例子：我给这个lambda表达式传两个值，让它返回这两个值的和给我：

补充：

int main()
{int a = 1, b = 2;// 捕捉列表auto swap1 = [a, b]() mutable // 还是传值捕捉{int tmp = a;a = b;b = tmp;};swap1();// 如果不加mutable的话a, b捕捉到的默认是const的，无法对其做出修改操作，而且·此ab非局部的那俩ab// 也就是就算带mutable修改内部也并不会改变外部printf("%d %d\n", a, b);// 引用捕捉可修改:auto swap2 = [&a, &b]() {int tmp = a;a = b;b = tmp;};swap2();printf("%d %d", a, b);// 捕捉方式还有 =, &// = 为传值捕捉所有父作用域中的变量，包括this// & 为引用捕捉所有父作用域中的变量，包括this// 还可以混合捕捉: 表示为&捕捉全局，唯独b为传值捕捉（也可以反着来）auto func = [&, b]() {};return 0;
}

8、可变参数列表：

省流：可变参数列表一种特殊的函数参数机制，允许函数接收数量不确定的参数。

先来段简单的代码看看使用方法：

既然可变参数列表可以接收不确定数量的参数，那么仔细想想，好像printf函数也是如此，那么是不是就可以简单的模拟实现一下printf函数呢？

总结：可变参数列表提供了极高的灵活性和类型安全性，且支持泛型编程，但复杂性较高，可能会导致编译时间的增加和额外的性能开销。

9、包装器：

function包装器：

function包装器也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。于头文件#include <functional>中

其实包装器的本质就是函数指针，可调用对象有：函数、函数对象（仿函数）、lambda表达式、绑定表达式等。

先来看一个例子：来看看下面这段代码中的函数模板会被实例化几次？

template<class F, class T>
T Test(F f, T t)
{static int x = 0;cout << "x: " << ++x << endl;cout << "x: " << &x << endl;return f(t);
}double f(double i)
{return i / 2;
}// 仿函数
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};int main()
{// 函数:cout << Test(f, 11.11) << endl;// 函数对象（仿函数）：cout << Test(Functor(), 11.11) << endl;// lambda表达式：cout << Test([](double d) {return d / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

通过结果我们可以看出来，函数模板实例化了三次（静态变量x的地址都不一样）

对于同一个模板类或模板函数，使用多种不同的类型参数去实例化它时。每次使用不同的类型参数实例化模板，编译器都会生成一份独立的模板代码。这可能导致编译时间增加、二进制文件大小膨胀，以及潜在的运行时性能问题（如指令缓存未命中增加）。

但是我只想让这个函数模板实例化一次怎么办呢？

这时就可以掏出function包装器来解决：

function用法解析：

代码结果：

这样实例化出来的就是同一份模板了（x依次递增，且为同一地址），这样通过function包装器就可以减少不必要的模板实例化，因为模板实例化多了容易导致代码膨胀，降低效率。

最重要的是：好用（滑稽）

bind（绑定）：

省流：调整可调用对象的参数个数或者顺序：

完整概念：

std::bind 用于生成一个新的可调用实体（function object），这个新的可调用实体可以把它的某些（或全部）参数绑定到给定的值上。这样，当你调用这个新的可调用实体时，就不需要再为那些已经被绑定的参数提供值了。（头文件：#include <functional>）

基本语法：
auto newCallable = bind(callable, arg_list, placeholders::_1, placeholders::_2, ...);
callable：你想要调用的函数、函数对象、成员函数指针或成员对象指针。
arg_list：你希望预先绑定到 callable 的参数列表。这些参数在后续调用 newCallable 时将不再需要。
placeholders::_1, placeholders::_2, ...：占位符，用于表示 newCallable 被调用时，需要接收的参数位置。允许保留一些参数位置以供将来调用时提供。

上个简单的代码看看：