C++ 98中的新語言特性
“C++11就像一門新的語言。” – Bjarne Stroustrup
C++11標準推出了很多有用的新特性。本文特別關注相比C++98更像是一門新語言的那部分特性,因為:
這些特性改變了編寫C++程序使用的代碼風格和習語[TODO],通常也包括你設計C++函數(shù)庫的方式。例如,你會看到更多參數(shù)和返回值類型為智能指針(smart pointer),同時也會看到函數(shù)通過值傳遞返回大型對象
你將會發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)的代碼示例中充斥著新特性的身影。例如,幾乎每5行現(xiàn)代C++代碼示例都會使用到auto
C++11的其他特性也很棒。但是請先熟悉下面這些,正是因為這些特性的廣泛使用使得C++11代碼如同其他現(xiàn)代主流語言一樣整潔、安全和高效,與此同時保持了C++傳統(tǒng)的性能優(yōu)勢。
提示:
與Strunk & White[TODO]一樣,本文只做概要的總結性指導而不做詳盡基本原理和優(yōu)缺點分析。詳細分析請參見其他文章本文會不斷更新,主要變更及內容增加請參見文末變更記錄
auto
基于以下兩個原因,盡可能使用auto:首先,使用auto會避免重復聲明編譯器已經知道的類型。
- // C++98
- map<int,string>::iterator i = m.begin ;
- // C++11
- auto i = begin (m);
其次,當使用未知類型或者類型名稱不易理解時使auto會更加便利,例如大多數(shù)的lambda函數(shù)[TODO]——你甚至不能簡單的拼寫出類型的名字。
- // C++98
- binder2nd< greater<int> > x = bind2nd ( greater<int>, 42 );
- // C++11
- auto x = (int i) { return i > 42; };
需要注意,使用auto并不改變代碼的含義。代碼仍然是靜態(tài)類型[譯注],每個表達式的類型都是清晰和明確的;C++11只是不需要我們重復聲明類型的名字。一些人剛開始可能會害怕在這里使用auto,因為感覺好像沒有(重復)聲明我們需要的類型就意味著會碰巧得到一個不同的類型。如果你想要明確地進行一次強制類型轉換,沒有問題,聲明目標類型就好了。然而大多數(shù)情況下,只要使用auto就可以了;幾乎不會出現(xiàn)錯誤地拿到一個不同類型的情況,即便出現(xiàn)錯誤,C++的強靜態(tài)類型系統(tǒng)也會由編譯器讓你知道這個錯誤,因為你正試圖訪問一個變量沒有的成員函數(shù)或是錯誤地調用了該函數(shù)。
譯注:動態(tài)類型語言(dynamic typing language)是指類型檢查發(fā)生在運行期間(run-time)的語言。靜態(tài)類型語言(static typing language)是類型檢查發(fā)生在編譯期間(compile-time)的語言。
智能指針:無須delete
請始終使用標準智能指針以及非占有原始指針(non-owning raw pointer)。絕不要使用占有原生指針(owning raw pointer)和delete操作,除非在實現(xiàn)你自己的底層數(shù)據結構這種少見的情況下(即使在此時也需要在 class 范圍內保持完好的封裝)。如果只能夠知道你是另一個對象唯一的所有者,請使用unique_ptr來表示唯一所有權(TODO)。一個”new T”表達式會馬上初始化另一個引用它的對象,通常是一個unique_ptr。
- // C++11 Pimpl Idiom
- class widget {
- widget ;
- ~widget ;
- private:
- class impl;
- unique_ptr<impl> pimpl;
- };
- // in .cpp file
- class impl {
- :::
- };
- widget::widget
- : pimpl ( new impl )
- {
- }
- widget::~widget = default;
使用shared_ptr來表示共享所有權。推薦使用make_shared來有效地創(chuàng)建共享對象。
- // C++98
- widget* pw = new widget ;
- :::
- delete pw;
- // C++11
- auto pw = make_shared<widget>;
使用 weak_ptr 來退出循環(huán)并且表示可選性(例如,實現(xiàn)一個對象緩存)
- // C++11
- class gadget;
- class widget {
- private:
- shared_ptr<gadget> g; // if shared ownership
- };
- class gadget {
- private:
- weak_ptr<widget> w;
- };
如果你知道另一個對象存在時間會更長久并且希望跟蹤它,使用一個(非占有non-owning)原始指針。
- // C++11
- class node {
- vector< unique_ptr<node> > children;
- node* parent;
- public:
- :::
- };
nullptr
始終使用nullptr表示一個null指針值,絕不要使用數(shù)字0或者NULL宏,因為它們也可以代表一個整數(shù)或者指針從而產生歧義。
Range for
基于范圍的循環(huán)使得按順序訪問其中的每個元素變得非常方便。
- // C++98
- for( vector<double>::iterator i = v.begin ; i != v.end ; ++i ) {
- total += *i;
- }
- // C++11
- for( auto d : v ) {
- total += d;
- }
非成員(nonmember) begin 和 end
始終使用非成員begin和end,因為它是可擴展的并且可以應用在所有的容器類型(container type),不僅僅是遵循了STL風格提供了 .begin 和 .end 成員函數(shù)的容器,甚至數(shù)組都可以使用。
如果你使用了一個非STL風格的collection類型,雖然提供了迭代但沒有提供STL的 .begin 和 .end ,通??梢詾檫@個類型編寫自己的非成員begin和end來進行重載。這樣你就可以使用STL容器的編程風格來遍歷該類型。C++11標準提供了示例:C數(shù)組就是這樣一個類型,標準同時為數(shù)組提供了begin和end。
- vector<int> v;
- int a[100];
- // C++98
- sort ( v.begin , v.end );
- sort ( &a[0], &a[0] + sizeof(a)/sizeof(a[0]) );
- // C++11
- sort ( begin (v), end (v) );
- sort ( begin (a), end (a) );
Lambda 函數(shù)和算法
Lambda[TODO]是決定乾坤的因素,它會使你編寫的代碼變得更優(yōu)雅、更快速。Lambda使得STL算法的可用性提高了近100倍。新近開發(fā)的C++函數(shù)庫都是基于lambda可以用的前提(例如,PPL)并且有些函數(shù)庫甚至要求你編寫lambda來調用函數(shù)庫(例如,C++ AMP)
下面是一個快速示例:找到v里面大于x并且小于y的第一個元素。在C++11中,最簡單和干凈的代碼就是調用一個標準函數(shù)。
- // C++98: write a naked loop (using std::find_if is impractically difficult)
- vector<int>::iterator i = v.begin ; // because we need to use i later
- for( ; i != v.end ; ++i ) {
- if( *i > x && *i < y ) break;
- }
- // C++11: use std::find_if
- auto i = find_if ( begin (v), end (v), [=](int i) { return i > x && i < y; } );
想要使用C++編寫一個循環(huán)或者類似的新特性?不用著急;只要編寫一個模板函數(shù)(template function)(函數(shù)庫算法),并且?guī)缀蹩梢詫ambda當做語言特性來使用,與此同時會更加靈活,因為它不是固定的語言特性而是一個真正的函數(shù)庫。
- // C#
- lock( mut_x ) {
- ... use x ...
- }
- // 不使用 lambda 的C++11:已經非常簡潔并且更靈活(例如,可以使用超時以及其他選項)
- {
- lock_guard<mutex> hold ( mut_x );
- ... use x ...
- }
- // C++11 with lambdas, and a helper algorithm: C# syntax in C++
- // 使用了 lambda 的C++11可以帶一個輔助算法:在 C++ 中使用 C# 的文法
- // Algorithm: template<typename T, typename F> void lock ( T& t, F f ) { lock_guard<T> hold (t); f ; }
- lock( mut_x, [&]{
- ... use x ...
- });
去熟悉lambda吧。你會大量使用它,不僅僅在C++中——它已經廣泛應用于很多主流的編程語言。一個開始的好去處請參考我在PDC2010的演講《無處不在的 lambda》
Move / &&
Move被認為是copy的最佳優(yōu)化,盡管它也使得其他事情成為可能比如信息被轉發(fā)。
- // C++98:避免 copy 的替代方法
- vector<int>* make_big_vector ; // 選擇1: 返回指針: 沒有拷貝,但不要忘記 delete
- :::
- vector<int>* result = make_big_vector ;
- void make_big_vector ( vector<int>& out ); // 選擇2: 通過引用傳遞: 沒有拷貝,但是調用者需要傳入一個有名對象
- :::
- vector<int> result;
- make_big_vector ( result );
- // C++11: move
- vector<int> make_big_vector ; // 通常對于”被調用者(callee)分配的空間“也適用
- :::
- vector<int> result = make_big_vector ;
Move語法改變了我們設計API的方式。我們可以更多地設計通過值傳遞。為你的類型啟用move語法,使用時會比copy更有效。
更多變化
還有更多現(xiàn)代C++的特性。并且我計劃在未來編寫更多深入C++11新特性以及其他特性的短文,我們會知道更多并且喜歡上它。
但目前,這是必須知道的新特性。這些特性組成了現(xiàn)代C++風格的核心,使得C++代碼看起來和執(zhí)行時像他們設計的那樣,你將會看到這些特性會出現(xiàn)在幾乎每一段你看到或者編寫的現(xiàn)代C++代碼中。并且它們使得現(xiàn)代C++更加干凈、安全且快速,使得C++在未來的若干年仍然是我們產業(yè)的依靠。
主要變更
2011-10-30:為Lambda增加C#lock示例。重新組織智能指針首先介紹unique_prt。
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