CPP——C++ 11的新特性

本文转载自： http://www.yanjiankang.cn/cpp_11_new_feature/

Lambda 表达式

Lambda 表达式就是用于创建匿名函数的。
为什么说 lambda 表达式如此激动人心呢？举一个例子。标准 C++ 库中有一个常用算法的库，其中提供了很多算法函数，比如 sort() 和 find()。这些函数通常需要提供一个“谓词函数 predicate function”。所谓谓词函数，就是进行一个操作用的临时函数。比如 find() 需要一个谓词，用于查找元素满足的条件；能够满足谓词函数的元素才会被查找出来。这样的谓词函数，使用临时的匿名函数，既可以减少函数数量，又会让代码变得清晰易读。

 [capture](parameters)->return-type {body}  

最简单的例子如下：

#include <algorithm>
#include <cmath>
 
void abssort(float *x, unsigned N)
{
  std::sort(x,
            x + N,
            [](float a, float b) { return std::abs(a) < std::abs(b); });
}

其中需要注意：

1. 返回值类型->return-type可以省略，由语言自动推导，但前提是只有当 lambda 表达式中的语句“足够简单”，才能自动推断返回值类型。
2. 引入 lambda 表达式的前导符是一对方括号，称为 lambda 引入符（lambda-introducer）。lambda 表达式可以使用与其相同范围 scope 内的变量。这个引入符的作用就是表明，其后的 lambda 表达式以何种方式使用（正式的术语是“捕获”）这些变量（这些变量能够在 lambda 表达式中被捕获，其实就是构成了一个闭包）。
3. 捕获类型可以以下类型：

• [] // 不捕获任何外部变量
• [=] // 以值的形式捕获所有外部变量
• [&] // 以引用形式捕获所有外部变量
• [x, &y] // x 以传值形式捕获，y 以引用形式捕获
• [=, &z]// z 以引用形式捕获，其余变量以传值形式捕获
• [&, x] // x 以值的形式捕获，其余变量以引用形式捕获

4. 对于[=]或[&]的形式，lambda 表达式可以直接使用 this 指针。但是，对于[]的形式，如果要使用 this 指针，必须显式传入：
5. 对于下面的例子，[=]意味着，lambda 表达式以传值的形式捕获外部变量。C++ 11 标准说，如果以传值的形式捕获外部变量，那么，lambda 体不允许修改外部变量，对 f0 的任何修改都会引发编译错误。但是，注意在 lambda 表达式前声明了mutable关键字，这就允许了 lambda 表达式体修改 f0 的值。因此不会报错。但由于是传值的，虽然在 lambda 表达式中对 f0 有了修改，但由于是传值的，外部的 f0 依然不会被修改。

float f0 = 1.0;
std::cout << [=](float f) mutable { return f0 += std::abs(f); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

– 混合机制的实例如下（f0 通过引用被捕获，而其它变量，比如 f1 则是通过值被捕获）：

float f0 = 1.0f;
float f1 = 10.0f;
std::cout << [=, &f0](float a) { return f0 += f1 + std::abs(a); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

C++引入Lambda的最主要原因:
1）可以定义匿名函数；
2）编译器会把其转成函数对象；为什么以前STL中的ptr_fun()这个函数对象不能用？（ptr_fun()就是把一个自然函数转成函数对象的）原因是，ptr_fun() 的局限是其接收的自然函数只能有1或2个参数。
3）”闭包”，限制了别人的访问，更私有；

自动类型推导和 decltype

在 C++03 中，声明对象的同时必须指明其类型，其实大多数情况下，声明对象的同时也会包括一个初始值，C++11 在这种情况下就能够让你声明对象时不再指定类型了。

auto x = 0; //0 是 int 类型，所以 x 也是 int 类型  
auto c = 'a'; //char  
auto d = 0.5; //double  
auto national_debt = 14400000000000LL;//long long  

这个特性在对象的类型很大很长的时候很有用，如：

void func(const vector<int> &vi)  
{  
  //vector<int>::const_iterator ci=vi.begin(); 
  auto ci=vi.begin();   
}  

C++11 也提供了从对象或表达式中“俘获”类型的机制，新的操作符 decltype 可以从一个表达式中“俘获”其结果的类型并“返回”：

const vector<int> vi;  
typedef decltype (vi.begin()) CIT;  
CIT another_const_iterator; 

注意： auto作为函数返回值时，只能用于定义函数，不能用于声明函数

统一的初始化语法

C++ 最少有 4 种不同的初始化形式，如下所示：

//括号内初始化
std::string s("hello");  
int m=int(); //default initialization 
 
//等号形式的
std::string s="hello";  
int x=5;
 
//对于 POD 集合，又可以用大括号
int arr[4]={0,1,2,3};  
struct tm today={0}; 
 
//最后还有构造函数的成员初始化：
struct S {  
 int x;  
 S(): x(0) {} }; 

C++11 就用大括号一统天下了:

 class C  
{  
  int a;  
  int b;  
public:  
     C(int i, int j);  
};  
C c {0,0}; //C++11 only. 相当于 C c(0,0);  
int* a = new int[3] { 1, 2, 0 }; /C++11 only  
class X {  
  int a[4];  
public:  
  X() : a{1,2,3,4} {} //C++11, 初始化数组成员  
}; 

对于容器来说，终于可以摆脱 push_back() 调用了，C++11中可以直观地初始化容器了:

// C++11 container initializer  
vector vs<string>={ "first", "second", "third"};  
map singers =  
  { {"Lady Gaga", "+1 (212) 555-7890"},  
    {"Beyonce Knowles", "+1 (212) 555-0987"}};  

而类中的数据成员初始化也得到了支持：

class C  
{  
  int a=7; //C++11 only  
public:  
  C();  
}; 

deleted 函数和 defaulted 函数

 
struct A  
{  
    A()=default; //C++11  
    virtual ~A()=default; //C++11  
};  

=default; 指示编译器生成该函数的默认实现。这有两个好处：一是让程序员轻松了，少敲键盘，二是有更好的性能。
与 defaulted 函数相对的就是 deleted 函数, 实现 non copy-able 防止对象拷贝，要想禁止拷贝，用 =deleted 声明一下两个关键的成员函数就可以了：

int func()=delete;  
 
//防止对象拷贝的实现
struct NoCopy  
{  
    NoCopy & operator =(const NoCopy &) = delete;  
    NoCopy(const NoCopy &) = delete;  
};  
NoCopy a;  
NoCopy b(a); //编译错误，拷贝构造函数是 deleted 函数 

nullptr

nullptr 是一个新的 C++ 关键字，它是空指针常量，它是用来替代高风险的 NULL 宏和 0 字面量的。nullptr 是强类型的,所有跟指针有关的地方都可以用 nullptr，包括函数指针和成员指针：

void f(int); //#1  
void f(char *);//#2  
//C++03  
f(0); //调用的是哪个 f?  
//C++11  
f(nullptr) //毫无疑问，调用的是 #2  
 
const char *pc=str.c_str(); //data pointers  
if (pc != nullptr)  
  cout << pc << endl;  
int (A::*pmf)()=nullptr; //指向成员函数的指针  
void (*pmf)()=nullptr; //指向函数的指针  

委托构造函数

C++11 中构造函数可以调用同一个类的另一个构造函数：

class M //C++11 delegating constructors  
{  
    int x, y;  
    char *p;  
public:  
    M(int v) : x(v), y(0),  p(new char [MAX])  {} //#1 target  
    M(): M(0) { cout << "delegating ctor"<< end; } //#2 delegating
}

右值引用

在 C++03 中的引用类型是只绑定左值的，C++11 引用一个新的引用类型叫右值引用类型，它是绑定到右值的，如临时对象或字面量。
增加右值引用的主要原因是为了实现 move 语义。与传统的拷贝不同，move 的意思是目标对象“窃取”原对象的资源，并将源置于“空”状态。当拷贝一个对象时，其实代价昂贵且无必要，move 操作就可以替代它。如在 string 交换的时候，使用 move 意义就有巨大的性能提升，如下所示：

//原方案很慢，因为需要申请内存，然后拷贝字符；
[cpp] view plain copy
void naiveswap(string &a, string & b)  
{  
    string temp = a;  
    a=b;  
    b=temp;  
}  
 
//使用move就只需要交换两个数据成员，无须申请、释放内存和拷贝字符数组；
void moveswapstr(string& empty, string & filled)  
{  
    //pseudo code, but you get the idea  
    size_t sz=empty.size();  
    const char *p= empty.data();  
    //move filled's resources to empty  
    empty.setsize(filled.size());  
    empty.setdata(filled.data());  
    //filled becomes empty  
    filled.setsize(sz);  
    filled.setdata(p);  
} 

要实现支持 move 的类，需要声明 move 构造函数和 move 赋值操作符，如下：

class Movable  
{  
    Movable (Movable&&); //move constructor  
    Movable&& operator=(Movable&&); //move assignment operator  
};  

C++11 的标准库

除 TR1 包含的新容器（unordered_set, unordered_map, unordered_multiset, 和unordered_multimap），还有一些新的库，如正则表达式，tuple，函数对象封装器等。下面介绍一些 C++11 的标准库新特性：

线程库

C++11 提供了 thread 类，也提供了 promise 和 future 用以并发环境中的同步，用 async() 函数模板执行并发任务，和 thread_local 存储声明为特定线程独占的数据， C++11 线程库教程（英文）

新的智能指针类

C++98 定义的唯一的智能指针类 auto_ptr 已经被弃用，C++11 引入了新的智能针对类 shared_ptr 和 unique_ptr。它们都是标准库的其它组件兼容，可以安全地把智能指针存入标准容器，也可以安全地用标准算法“倒腾”它们。

新的算法

主要是 all_of()、any_of() 和 none_of()，下面是例子：

//all_of()、any_of() 和 none_of()函数
#include <algorithm>  
//C++11 code  
//are all of the elements positive?  
all_of(first, first+n, ispositive()); //false  
//is there at least one positive element?  
any_of(first, first+n, ispositive());//true  
// are none of the elements positive?  
none_of(first, first+n, ispositive()); //false  
 
 
//新的 copy_n：
#include <algorithm>  
int source[5]={0,12,34,50,80};  
int target[5];  
//从 source 拷贝 5 个元素到 target  
copy_n(source,5,target);  
 
 
//iota() 算法可以用来创建递增序列，它先把初值赋值给 *first，然后用前置 ++ 操作符增长初值并赋值到给下一个迭代器指向的元素，如下
#include <numeric>  
int a[5]={0};  
char c[3]={0};  
iota(a, a+5, 10); //changes a to {10,11,12,13,14}  
iota(c, c+3, 'a'); //{'a','b','c'}

auto 关键字

auto实际上实在编译时对变量进行了类型推导，所以不会对程序的运行效率造成不良影响。另外，似乎auto并不会影响编译速度，因为编译时本来也要右侧推导然后判断与左侧是否匹配。

序列for循环

在C++中for循环可以使用类似java的简化的for循环，可以用于遍历数组，容器，string以及由begin和end函数定义的序列（即有Iterator），示例代码如下：

map<string, int> m{{"a", 1}, {"b", 2}, {"c", 3}};  
for (auto p : m){  
    cout << p.first << " : " << p.second << endl;  
} 

nullptr

引入nullptr的原因，这个要从NULL说起。对于C和C++程序员来说，一定不会对NULL感到陌生。但是C和C++中的NULL却不等价。NULL表示指针不指向任何对象，但是问题在于，NULL不是关键字，而只是一个宏定义(macro)。

在C中，习惯将NULL定义为void*指针值0：`

#define NULL (void*)0  

在C++中，NULL却被明确定义为整常数0：

// lmcons.h中定义NULL的源码  
#ifndef NULL  
#ifdef __cplusplus  
#define NULL    0  
#else  
#define NULL    ((void *)0)  
#endif  
#endif 

为什么C++在NULL上选择不完全兼容C？
根本原因和C++的重载函数有关。C++通过搜索匹配参数的机制，试图找到最佳匹配（best-match）的函数，而如果继续支持void*的隐式类型转换，则会带来语义二义性（syntax ambiguous）的问题。

如果我们的编译器是支持nullptr的话，那么我们应该直接使用nullptr来替代NULL的宏定义。正常使用过程中他们是完全等价的。

nullptr 能够转换成任何指针类型（包括成员函数指针和成员变量指针）和bool类型（这是为了兼容普通指针都能使用 if(ptr) 判断是否为空指针的形式），但是不能被转换为整数0。