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不知道C++这七大特性,绝对枉为圈中人

2020-10-31读芯术作者: 读芯术

作为一种计算机语言,C++经历了许多发展变化。

当然,这些改变并不是一蹴而就的。C++曾经缺乏活力与创新,因此很不受欢迎。

但是在C++标准委员会决定加速发展这个语言之后,形势发生了改变。

2011年起,C++一跃成为了具有活力、不断演进、广受喜爱的计算机语言。

C++蜕变后也并没有简单多少,仍是最难的编程语言之一。但是,C++确实比之前更加人性化了。

本文要讲的是的C++的一些新特性(以有8年历史的C++11为例),相信每个程序员都会对这个话题感兴趣。

注:本文略过了一些高级特性。

1. 关键字auto

当C++11第一次引入auto时,程序员们纷纷喜极而泣!

auto的意义是使C++编译器可以在编译时推导数据类型,这样就不用每次都要声明数据类型了。当数据类型为

  1. map<string,vector<pair<int,int>>> 

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没有initializer,就无法声明数据类型(见第五行)。这是说得通的。第五行指令并没有让编译器推导数据类型。

起初,auto的功能比较有限。在之后新版本的C++中,auto的功能越来越强大。

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第七行和第八行中使用了括号初始化 (bracketedinitialization),这也是C++11的新特性之一。

请注意使用auto时,编译器必须能够推导数据类型。

一个有趣的问题是:如果写下autoa = {1, 2, 3}会发生什么?这是个编译错误吗?是一个矢量吗?

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实际上,C++11引入了std::initializer_list.如果声明auto,花括号初始化列表会被当做轻量级容器。

最终,正如前文所言,当数据结构复杂时,编译器类型推导很有帮助:

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别忘了检查第25行!auto [v1,v2] = itr.second纯粹是C++17的新特性。这个特性叫做结构化绑定。在旧版本C++中,程序员需要单独获取每个变量。但是结构化绑定给这一过程带来了便利。此外,如果想获得数据使用引用(reference),只需要加上一个symbol--auto&[v1,v2] = itr.second.

2. Lambda表达式

C++11引入了lambda表达式,这类似于JavaScript里的匿名函数。它们都是函数对象,没有名字,且基于简洁的语法在不同作用域上捕获变量。它们也可以被分配给变量。

如果需要在代码中进行一些小而快的操作,又不愿意为此单独写一个函数,那么Lambdas很有用。另一种常见用法是将lambdas作为比较函数。

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以上例子可以说明很多问题。

首先,请注意花括号初始化是如何提升权重的。然后是通用的begin(),end() (这也是C++11的新增部分)。接着是作为数据比较器的lambda函数。lambda函数的参数被声明为auto(这是C++14的新增部分)。在C++14之前是不能对于函数参数使用auto 的。

正如现代C++的awesome库中定义的那样:

  • []—不捕获任何对象。所以不能在lambda表达式内使用全局作用域的局部变量,只能使用参数。
  • [=]— 按值捕获作用域中的局部对象(局部变量,参数)。只可使用不可修改。
  • [&]—按引用捕获作用域中的局部对象(局部变量,参数)。可以被修改。例子如下。
  • [this]—按值捕获this 指针。
  • [a, &b]—按值捕获对象a ,按引用捕获对象b。

所以,如果想在lambda函数内部将数据转换为其他格式,可以利用作用域的优势来运用lambda.比如:

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在上面这个例子中,如果在lambda表达式中按值捕获([factor])局部变量,则不能改变第五行的factor.原因很简单——没有权限。

最终,请注意示例中使用了val 作为引用 (reference). 这确保了lambda函数内部的任何变化都会改变vector.

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学完现代C++后,她们乐开了花!(摄影:Ian Schneider 图源:Unsplash)

3. if/switch内的初始化语句

C++17的这个特性十分讨喜:

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很明显,现在可以同时在if/switch句块内进行变量初始化和条件检查。这有助于保持代码简洁精炼。通用形式为:

  1. if( init-statement(x);condition(x)) { 
  2.  // do some stuff here 
  3. } else { 
  4.  // else has the scope of x 
  5.  // do some other stuff 

4. 在编译时使用constexpr

constexpr 很棒!假如要评估一些表达式,且它的值一旦初始化就不会改变,那么可以预运算其值并将之作为宏。或者利用C++11提供的constexpr.

程序员倾向于尽量减少程序运行时间。所以,如果能让编译器进行一些操作并减小程序运行的压力,那么就可以缩短运行时间。

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以上代码是constexpr的常见例子之一。既然声明斐波那契数列函数为constexpr, 那么编译器就可以在编译时预运算fib(20). 所以编译之后,可以用constlong long bigval = 2432902008176640000来替代const longlong bigval = fib(20).

请注意,传递参数是一个const 值。这是被声明为constexpr的函数的一个重点——传递参数应该是constexpr或const。否则这里的函数会和普通函数一样,也就是说编译时不进行预运算。

变量也可以是constexpr. 在这种情况下,这些变量在编译时必须可评估;否则会出现编译错误。

有趣的是,后来在C++17中引入了constexpr-if 和constexpr-lambda.

5. Tuples元组

与pair非常类似, tuple是各种数据类型的固定大小值的集合。

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有时,相比于tuple,使用 std::array更方便。array类似于带有C++标准库的功能的plain C阵列。这个数据结构是C++11新增的。

6. 类模板参数推导

这个特性的名字还挺啰嗦。从C++17开始,标准类模板也可以进行模板参数推导。之前,模板参数推导只支持函数模板。结果就是:

  1. std::pair<std::string,int> user = {"M", 25}; // previous 
  2. std::pair user = {"M", 25}; // C++17 

这种推导是“隐性的”。这对于tuple来说就更方便了。

  1. // previous 
  2. std::tuple<std::string, std::string, int> user ("M","Chy", 25); 
  3. // deduction in action!  
  4. std::tuple user2("M", "Chy", 25); 

以上这一特性对不熟悉C++模板的人来说没有太大用处。

7. 智能指针

指针有时很恐怖。由于C++语言为程序员提供了很大程度的自由,所以有时很容易搬起石头砸自己的脚。而且很多情况下,麻烦是由指针造成的。

幸运的是,C++11引入了智能指针,智能指针比普通指针便捷得多。它们通过适时释放内存来帮助程序员防止内存泄漏。它们还有助于代码达到异常安全等级。

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