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浅谈C++11新特性

浅谈C++11新特性

作者: senju | 来源:发表于2018-11-22 09:19 被阅读0次

    李亮
    审稿人:徐方友,邱帅

    说起C++语言,它现在被公认为是在各种编程语言中最难学的语言之一,它的语法知识点之广泛,细节内容之多,学习难度之大,时间周期之长,都使得人们对这门语言“敬而远之”。然而C++语言又具有不可替代的巨大优势。主要的优势有以下几点,首先C++是一个严谨,精确的语言。它的标准定义非常明确,语言结构层次分明,清晰顺畅,具有优秀的编程语言应该具有的品质。其次,C++语言支持对底层的操作,这是又一大优势。支持底层操作意味着编程的效率将显著提升。C++语言在继承c语言的基础上,改进了自己对底层的支持,这令其更加有吸引力。第三,C++语言完全兼容c语言,这使得人们可以按照传统C的面向过程式的编程,这对于实现底层和内核操作无疑是一大亮点。第四,C++语言是面向对象编程的程序语言,它不仅仅是对c语言的扩充,它在面向对象方面新增了模板,STL,以及各类容器,使得它更加适合大型软件工程的开发和创新。另外,C++所独有的模板元编程的能力也是它继续保持生命力的关键所在。最后,C++语言具有极高的性能,这是C++语言众多优势中的核心,这种优势使它广泛应用于大型服务器编程,游戏开发,云计算等高端技术领域。如今,C++语言仍然应用在各个领域,在11月的TIOBE编程语言排行榜中,C++语言仍然稳居前三,这是对C++语言优势最好的证明。

    C++语言是在不断发展和改进的,正如C++之父本贾尼所说,c++好像是一种全新的编程语言。C++11是C++程序设计语言标准的一个新的版本,在2011年由ISO批准并发布。C++11新标准从而代替了原来的C++98和C++03.。C++11标准是对C++的一次巨大的改进和扩充。在核心语法,STL标准模板等方面增加众多新功能,新亮点。例如新增auto,deltype,nullptr等关键字,增加范围for循环,新增lambda表达式等。下面将对C++增加的众多新特性进行总结。

    (一)auto关键字

    C++11新标准成功引入了auto关键字,auto关键字可以帮助我们分析表达式所属的类型。和以前的一些类型说明符明显不同的是,auto关键字可以让编译器自动分析某个初始值来判断它所属的类型。当然,使用auto关键字必须确定初始值。

    图片1

    如图1所示,我们定义了一个变量a,它的初始值是一个make_share类型。这样我们就新建了一个指向string的智能指针shared_ptr;相比之前的C++标准,这样将会更加简便,利于我们快速完成程序设计。

    (二)decltype关键字

    C++11新标准引入了又一种类型说明符decltype,它的功能是选择并返回操作数的数据类型。它会使得编译器自动分析表达式的类型并得到它的类型,最关键是它不会去计算表达式的值。例如图2所示:

    图片2

    我们定义了一个常量b,它的初值是10,又定义了一个值为20的变量c,然后通过decltype关键字定义了两个变量x,y。让编译器通过推断括号里的表达式来判断x,y的类型。我们很容易得出b的类型是const int,而c的类型是int。

    (三)字面值nullptr

    我们都知道所谓空指针就是不指向任何对象的指针,定义空指针的办法有很多。例如将这个指针的初值设为0,或者将它的初值设为NULL,在标准库iostream中,NULL代表的就是0.

    而C++11新标准引入了一个新的字面值来初始化空指针,它就是nullptr,nullptr是一个比较特殊的字面值,它可以任意转换成其他的任意指针类型。例如图3所示:

    图片3

    如图3所示,我们定义了一个指向int的指针p,且把它用字面值nullptr初始化,随后定义了一个指向动态内存的指针q,然后将q所指向的动态内存地址赋给p,现在p就指向了那个地址,我们释放q。

    (四)constexpr关键字

    C++新标准引入constexpr关键字,它许可将变量声明为constexpr来由编译器验证变量是否是一个常量表达式。当然,声明为constexpr的变量一定是一个常量表达式。而且需要用长量表达式初始化。例如:

    图片4

    如图4所示。我们定义了常量val,并给它赋予了初值,然后用val+1来初始化另外一个常量val2.这里要说明的是如果肯定一个变量是常量表达式,我们就可以把它声明为constexpr类型。

    (五)范围for语句

    范围for语句是c++11新标准一个重要的引用,这种遍历语句遍历指定序列的每个元素,并且可以对每个元素进行某种操作。它的语法格式是:

    For(declaration : expression)
    statement;

    其中,declaration是一个变量,它用于表示一个原子元素或者基础元素,而expression是一个对象或者是一个序列,是被遍历的对象。这个对象将被访问里面的原子元素。访问一个元素之后,将会被推进至下一个需要被访问的值。例如图5所示:

    图片5

    如图5所示。我们定义了一个vector容器ivec,并且对它进行了列表初始化(列表初始化也是c++11新标准引入的),运用范围for循环,遍历ivec容器里面的元素,这里的c可被编译器推断为string类型,auto关键字的作用前面已说明,不在详述。我们每遍历一个容器中的元素就将它赋值为“b”,然后将它输出,这也证明了可用范围for语句对容器或者对象中的基础元素进行指定操作。

    (六)Lambda表达式

    C++11新标准新增的一项重要功能就是lambda表达式,所谓lambda就是表示一个可调用的代码单元,也可以说是一个可调用对象,还可以理解为一个没有命名的内联函数。Lambda的组成结构与函数很相似,它拥有一个返回类型,一个形参列表,一个函数体。Lambda也可以定义在函数内部。它的组成结构如下:

    [capture list] (parameter list) -> return type { function body}
    

    Capture list 表示捕获列表,也就是lambda所在函数中的局部变量的列表,如果没有,则这个列表为空。Return type 表示该lambda的返回类型,Parameter list 为形参列表,Function body是函数体,这些和函数表示是一样的。需要注意的是,如果有返回类型,lambda必须使用尾置返回来确定类型。另外,lambda必须包括捕获列表和函数体。另外的几个可以省略。例如:

    图片6

    如图6所示。我们定义了一个名为fcn的lambda表达式。它只有捕获列表和函数体。这个lambda表达式返回值为1.之后。我们调用这个lambda,会输出1。

    (七)initializer_list

    Initializer_list定义在c++11新标准新引入的initializer_list头文件中。Initializer_list也是一种标准库类型。此类型用于访问c++初始化列表中的值,列表中的元素类型为const的,也就是常量,我们无法改变initializer_list中的元素的值。这种类型的对象由编译器从初始化列表声明中直接自动构造,所谓初始化列表声明就是被包括在花括号里面的,用逗号分隔元素的列表。Initializer_list可以用于表示某种特定类型的值的数组。


    图片7

    如图7所示,我们定义了一个名为mylist的类,它有一个initializer_list类型的构造函数,此构造函数将传递进来的initializer_list的类型参数中的值存入str中,并以空格分隔。

    (八)标准库bind函数

    C++11引入了新的标准库函数bind,我们可以将bind看成一个函数适配器。它的组成结构如下:

    Auto newcallable = bind(callable,arg_list)

    Newcallable表示一个新的可调用对象,arg_list表示参数列表,这个参数也就是callable所对应的的参数。当我们调用newcallable时,newcallable会调用callable,并且把arg_list中的参数传递给callable。对于arg_list,这个灿叔列表可能是具有实际值得参数,也可能是像_n这样的占位符。这个占位符表示newcallable的参数。比如_1就是newcallable的第一个参数,_2就是newcallable的第二个参数。以此类推。如图8:

    图片8

    在图8中,我们定义了一个名为myfun的类。它有3个成员,分别是a,b两个int型的成员,和一个有加法功能的成员函数。注意,我们的占位符是定义在std命名空间中的placeholders中。首先定义了一个名为fcn的新调用对象,随后我们调用标准库函数bind。它的调用对象,也就是它的第一个参数是成员函数add_num,我们把参数1,3,传递给这个成员函数。最后,我们调用fcn这个可调用对象。得到结果4.

    我们再定义了一个名为fcn2的可调用对象,它同样以myfun作为可调用参数。我们这里使用了占位符,它表示fcn2具有一个参数。当我调用fcn2时,我们将这两个参数传递给myfun。随后输出结果。
    

    (九)智能指针shared_ptr,unique_ptr

    新的C++11标准库为了更好地管理和使用动态内存,防止内存泄漏和悬垂指针,定义了两个智能指针类型,分别是shared_ptr和unique_ptr。它们均定义在头文件memory中。Shared_ptr可以让多个智能指针指向同一个对象,而unique_ptr只容许一个指针独自指向一个对象。下面详细说明这两个智能指针。

    Shared_ptr是用于管理动态内存的指针,它拥有垃圾回收机制。可与其他对象共享管理,这种指针具有取得指针所有权并共享该所有权的能力。当最后一个指针释放所有权时,也就是引用计数为0时,指针的所有者将删除该指针。Shared_ptr自身如果被销毁,或者通过赋值或者通过调用reset函数,他们的值被改变的话,它就释放对共享对象的所有权。

    Unique_ptr拥有它所指向的对象,它与shared_ptr不同点是,在任一时刻,只能有一个unique_ptr指向一个对象。如果这个unique_ptr被销毁,则它所指向的对象也要被销毁。
    例如:

    图片9.

    如图9所示,我们定义了5个智能指针,首先定义的ptr是一个shared_ptr类型,他通过使用make_shared来初始化。之后的4个指针都是unique_ptr,其中,ptr4是一个管理动态int对象的指针,ptr3接管了ptr4所指向的对象。在语句中。我们看到ptr4调用release函数解除自己对所指对象的所有权,并将它赋给ptr3.ptr5同样的道理。通过调用reset函数。释放它原来拥有的对象,接管ptr3所指的对象。

    (十)右值引用

    C++11标准库引入了右值引用,这是一种全新的引用类型,之所以称为右值引用,因为它就是必须绑定在右值的引用上。右值引用的符号是&&,而不是&。右值引用拥有一条关键的性质。那就是它只能绑定在一个将要销毁的对象上。所以它更加方便移动操作。

    我们可以将右值引用进行分类。首先一类右值引用是将亡值,也就是马上要销毁的值,一般指的是跟右值引用相关的表达式,这样的表达式是要被销毁的对象。另外一类是纯右值,

    例如按值返回的临时对象,运算表达式产生的临时对象,原始字面值,lambda等。

    上述总结了C++11十大典型的新特性。通过对c++11新特性的应用,可以更好地理解和掌握c++语言。C++11还有很多新特性,在此不再举例详述。具体请参考《C++ primer 5》,《深入理解C++11》,《深入探索c++对象模型》。

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