C++11中一些新语言特性与相似特性的比较

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众所周知，C++11中加入了不少语言新feature，其中一些用于替代之前C++标准中的相应feature。其中不少看起来都很像，或者表面看起来只是让代码更简洁。下面就列举了一些C++11 feature及之前标准中类似feature，看下它们有些什么更深的区别。

std::array vs. C-style array

std::array是C++11中引入的新容器，用于表示固定大小的数组，具有STL的接口。很多时候可以看作是封装了size（通过模板参数在编译时确定）的C-style array。由于它本质上就是C-style array的wrapper，因此具有与之相似的performance和memory footprint。和其它STL容器不同的是，它的元素内容都是存在其自身的，而不是从heap中分配。由于它的这些性质，与C-style array相比，主要优点有：

它不会自动转化为元素类型的指针。我们知道对于C-style array，type a[]与type *之间的转换是比较自由的，因为它们在汇编级别是同一个东西。只要把C-style array通过参数传递后，它的size信息就丢失了，所以我们经常要额外传一个整数来表示数组个数。而std::array不会有这样的问题。
初始化时，C-style array只能在声明时初始化。而std::array可以在之后用initializer list初始化元素。通过copy constructor和copy assignment，std::array还支持方便的拷贝操作。
std::array支持STL标准库的通用接口。
用at()函数取元素时，如果越界会抛异常。可以避免stack上的越界访问，这类问题通常不借助工具比较难调。

缺点是在表达多维数组时略显罗嗦。

using(alias declarations) vs. typedef

C++11中用using关键字可以达到与typedef相似的定义alias的目的。与typedef相比，它的主要优点是可以被模板化，而typedef不能很方便地模板化。还有就是让一些alias看起来更简洁，不过这个就见仁见智了。

auto vs. explicit type declarations

auto是C++11中引入的类型推断机制。可以使代码免于声明变量类型。它在编译期完成，不会带来额外开销，因为anyway编译器需要得到类型信息。auto类似于template type deduction。唯一的不同是在braced initializer的处理上（如auto a{1}，会创建一个只包含一个元素，即1的std::initializer_list<int>）。C++14中允许auto用于函数返回值。C++11中的decltype也是用了类似的type deduction，与auto的区别是它会严格返回类型，而auto会忽略掉reference，或const/volatile等修饰属性。decltype主要用于返回类型依赖于参数类型的情况，在C++14中可以用decltype(auto)进一步简化。

auto与显式类型声明相比，有下面优点：

可使代码简洁，少打字。
避免忘记初始化，且不用担心初始化的值与声明类型不匹配。
可以声明只有编译器知道的类型，如用lambda声明的closure（另一种方法是用std::function存储，但更费空间，且有OOM exception风险）。
```
auto func = [](){
	std::cout << "hello" << std::endl;
};
func();
```

缺点是代码可读性会有影响，虽然可以有一些trick在编译时或运行时得到实际的type。注意如果推断出的不是期望的类型，需要用显式类型初始化，即用static_cast强制转换一下再赋值给auto类型的变量。

uniform initialization with {} vs. creating objects with ()

C++中有各种对象初始化语法，如用(), =或{}。而uniform initialization通过braced initializer提供了一种通用的初始化方法。它的优点是：

统一的初始化语法。无论是一般变量，noncopyable对象还是类非静态成员，都可以用统一的语法来初始化。
用它还可以用多个值来初始化STL容器。如：
```
std::vector<int> a{1, 2, 3, 4, 5};
```
在C++11中还可以在类的声明中用{}对成员进行初始化。
```
class A {
    int a{5};
};
```
这些用()都不行。
避免非法转换。如初始值无法用指定类型表示，在编译时即可暴露问题。
避免C++的most vexing parse，即语句A a();是声明一个没有参数并返回A的函数。这和直觉上会初始化a并调用A()构造函数是相悖的。

值得注意的是在构造函数重载时，braced initializer会优先选择std::initializer_list为参数的版本。另外用()和{}在某些时候会产生完全不同的结果（如std::list<int> v(5, 1)会创建5个元素1，而std::list<int> v{5, 1}会创建2个元素，一个5一个1）。

nullptr vs. 0(or NULL)

在C/C++中，0及很多情况下NULL都不是指针类型，而是整型。 nullptr用来替代0或NULL，实际类型为std::nullptr_t ，用来表示所有类型的指针。它有以下优点：

在重载时能正确找到参数为指针的版本。比如foo(NULL)未必会调用参数为指针的版本，而foo(nullptr)则可以。nullptr代表任意类型指针，可以让编译器正确解析成参数为指针的版本。
检查指针是否合法时，用nullptr可以使代码更简洁易懂。
使用模板时，涉及到type deduction时，如果用0或NULL会被判定为整型，如果所需参数为指针类型，会编译出错。

enum class vs. enums

enum class，又称为scoped enum。它为枚举类型增加了scope。相对地，传统enum就成为unscoped enum。它的优点主要包括：

避免了名字泄露导致的命名污染。因为传统enum是在当前scope都可见的。这点上，和定义一个class再在里边定义enum起到一样的效果。
enum class不能和其它类型隐式转换，因此避免了不当的类型转换。
因为它有默认的确定的underlying type，因此可以方便地支持forward declaration。如果要指定underlying type，可以用如下方式：
```
enum class A : char {
	a, b
};
```

delete vs. private undefined special member functions

delete是和default一起在C++11中被引入，作为函数的修饰符。如果想让用户不调用特殊成员函数（如拷贝构造），传统方法是将它们置为private且不要定义。这样类外部无法调用，内部也会因为链接出错无法调用。那么，相比之下，delete的优点在于：

被定义成delete的成员函数，即使是其它成员函数或friend函数也无法使用，并且会提前在编译时就报错，而不需要等到链接时。
不仅可用于成员函数，还可以用于其它场合，比如禁用某一类型的重载函数，或是用于禁用模板实例化时的某一些特化（template specialization）。

注意delete函数一般放在public，这样可以使出错信息不混淆，否则得到的信息可能是因为private所以无法访问。

constexpr vs. const

constexpr既可以用于对象，也可以用于函数。用于对象时，表示该对象在编译（或链接）时即可确定。因此，它可用于优化（将运行时的计算提前到编译时），也可以用于一些需要整型常量表达式的情况（如std::array长度，枚举值等）。而相比较之下，const并不保证在编译期能知道其值，只是强调其值一旦确定不能更改。因此用constexpr常量如果编译时无法确定值会编译出错：

int a;
constexpr int ca = a;

而const不会：

int a;
const int ca = a;

当constexpr用于函数时，它表示如果调用它们时传入编译期常量，则它们也会返回编译期常量，这意味着计算在编译期完成。但如果不是，那它就是个普通函数。注意和C++11相比，C++14中constexpr函数中语句和返回类型的限制更加宽松。

noexcpt vs. throw

C++11中，noexcept用于标识那些不会抛异常的函数。比如默认所有内存分配函数及析构函数都是noexcept的。这相当于是一种函数间的contract，因此如果在声明不会抛异常的函数中抛了异常，会导致程序直接退出。声明为noexcept会有助于编译器做优化，比如一些有强异常安全假设的STL容器会优先使用move操作，但只有其move操作是noexcept的前提下（通过std::move_if_noexcept）。在之前的C++标准中，类似的功能用的是throw()。它们的主要区别在于：

语法上，throw的参数为exception类型，表明会抛何种异常；而noexcept为bool，表明会或不会抛异常。另外noexcept的参数可以是一个编译期确定的复杂表达式（比如通过type trait中的std::is_nothrow_default_constructible等）。这就允许在模板类中根据模板参数来确定是否会抛异常。
与throw()相比，noexcept能让编译器更好地优化，因为noexcept在一些情况下可以避免维护回溯信息。

emplace/emplace_back vs. insert/push_back

针对STL容器，emplace/emplace_front/emplace_back/emplace_after分别用于原insert/push_front/push_back/insert_after等函数的场景。emplace系函数利用move semantics减少临时对象的构造，从而减少了开销。以vector的push_back和emplace_back为例，如果插入的元素不是vector中的元素类型。在参数都是临时对象（即rvalue）的前提下。如果是push_back，则需要调用一次constructor，一次move constructor和一次析构。而emplace_back只需要一次构造。

std::vector<std::string> v;
v.reserve(2);
v.push_back("aaa");
v.emplace_back("bbb");

可以看到，emplace_back版本主要省了那两次临时对象的构造和析构。在性能方面，理论上emplace系函数性能应不低于其替代函数。

emplace_back采用了perfect forwarding技术，它的参数就是元素的构造函数的参数。这与push_back是不同的。这点差异会引起一些容易出错的地方，比如如果需要emplace_back的单个参数来构造元素，则不算作隐式转化，因此explicit关键字不起作用。

rvalue reference(&&) vs. lvalue reference(&)

我们知道申明lvalue reference用type&，C++11中若要申明rvalue reference可用T&&。但T&&不仅仅表示rvalue reference，它还可能是universal reference/forwarding reference（需要type deduction时，如作为template parameter或auto类型时），即既可能为rvalue reference，又可能为lvalue reference。通过rvalue reference，C++11中的参数可区分lvalue和rvalue。比如：

void setValue(CustomType&& v);
void setValue(CustomType& v);

这样，当参数为lvalue或rvalue时会通过重载调用相应的版本。

它的应用很广泛。比如STL中的push_back在C++11实现中就加入了参数为rvalue reference的版本：

void push_back(T&& x);

其它还有很多应用，比较典型比如C++11中加入的special member function：move constructor和move assignment operator。

A (A &&);
A& A:: operator=(A && );

与之相关的比较重要的两个函数是std::move和std::forward。两者本质都是将参数cast为rvalue reference，区别是前者是无条件的，后者是有条件的（仅在参数本身为rvalue时）。

C++11中一些新语言特性与相似特性的比较

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