【C++】C++11特性的详解

以下是 C++11 特性的详细总结，涵盖核心语言改进、标准库更新及编程范式革新：

---

​一、核心语言特性

​1. 自动类型推导 (auto)

• ​功能：根据初始化表达式自动推断变量类型，简化代码。
• ​示例：

  auto i = 42;          // int
  auto str = "Hello";   // const char*
  auto& ref = i;        // int&

• ​限制：不可用于函数参数或非静态成员变量。

​2. 右值引用与移动语义

• ​右值引用 (&&)：标识临时对象（右值），支持资源的高效转移。
• ​移动构造函数/赋值运算符：避免深拷贝，提升性能。

  class MyString {
  public:
      // 移动构造函数
      MyString(MyString&& other) noexcept 
          : data_(other.data_), size_(other.size_) {
          other.data_ = nullptr;  // 置空原对象，避免重复释放
      }
  private:
      char* data_;
      size_t size_;
  };

• ​std::move：将左值显式转换为右值引用。

  std::string s1 = "Hello";
  std::string s2 = std::move(s1);  // s1 变为空字符串

​3. 范围 for 循环

• ​功能：简化容器遍历语法。
• ​示例：

  std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
  for (auto& num : vec) {  // 引用避免拷贝
      num *= 2;
  }

​4. Lambda 表达式

• ​功能：定义匿名函数，常用于 STL 算法。
• ​语法：[捕获列表](参数) -> 返回类型 { 函数体 }
• ​示例：

  std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a > b; });

• ​捕获方式：
  • [=]：按值捕获外部变量。
  • [&]：按引用捕获外部变量。
  • [x, &y]：混合捕获。

​5. 强类型枚举 (enum class)

• ​功能：避免传统枚举的作用域污染和隐式类型转换。
• ​示例：

  enum class Color { Red, Green, Blue };
  Color c = Color::Red;
  // if (c == 0) {}  // 错误：无法隐式转换为整数

​6. nullptr

• ​功能：替代 NULL 或 0，明确表示空指针。
• ​示例：

  int* p = nullptr;
  void foo(int* ptr) {}
  foo(nullptr);  // 明确传递空指针

​7. 委托构造函数

• ​功能：一个构造函数调用同类其他构造函数，减少重复代码。
• ​示例：

  class MyClass {
  public:
      MyClass(int x) : MyClass(x, 0) {}  // 委托给另一个构造函数

Class(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}
private:
int x_, y_;
};

#### ​**8. `override` 和 `final`**  
- ​**`override`**：显式标记派生类重写的虚函数，避免拼写错误。  
- ​**`final`**：禁止类被继承或虚函数被重写。  
```cpp
class Base {
public:
    virtual void foo() {}
};
class Derived : public Base {
public:
    void foo() override {}  // 正确重写
    virtual void bar() final {}
};
class Child : public Derived {
    // void bar() {}  // 错误：bar 被标记为 final
};

​9. 变长参数模板

• ​功能：支持任意数量和类型的模板参数。
• ​示例：

  template<typename... Args>
  void print(Args... args) {
      (std::cout << ... << args) << "\n";  // C++17 折叠表达式（C++11 需递归展开）
  }
  print(1, "Hello", 3.14);  // 输出 1Hello3.14

​10. constexpr 常量表达式

• ​功能：在编译时求值的表达式或函数。
• ​示例：

  constexpr int factorial(int n) {
      return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
  }
  int arr[factorial(5)];  // 编译时计算数组大小为 120

​11. 统一初始化 ({})

• ​功能：统一变量初始化的语法，避免歧义。
• ​示例：

  int x{5};               // int
  std::vector<int> vec{1, 2, 3};  // 初始化列表
  class MyClass {
      int x{0};  // 类内成员初始化
  };

---

​二、标准库更新

​1. 智能指针

• ​std::unique_ptr：独占资源所有权，不可复制，移动语义转移所有权。

  auto ptr = std::make_unique<int>(42);

• ​std::shared_ptr：共享所有权（引用计数）。

  auto ptr = std::make_shared<int>(42);

• ​std::weak_ptr：解决 shared_ptr 循环引用问题。

​2. 无序容器

• ​功能：基于哈希表的容器（平均 O(1) 复杂度）。
• ​示例：

  std::unordered_map<std::string, int> wordCount;
  wordCount["hello"] = 1;

​3. 正则表达式库 (<regex>)

• ​功能：支持正则表达式匹配、搜索和替换。
• ​示例：

  std::string text = "123abc";
  std::regex pattern(R"(\d+)");
  if (std::regex_search(text, pattern)) {
      std::cout << "Found digits!";
  }

​4. 多线程支持 (<thread>, <mutex>)

• ​std::thread：原生线程支持。

  void task() { /* ... */ }
  std::thread t(task);
  t.join();

• ​互斥量：std::mutex, std::lock_guard。

  std::mutex mtx;
  {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);  // 自动释放锁
      // 临界区代码
  }

​5. 时间库 (<chrono>)

• ​功能：高精度时间测量和计算。
• ​示例：

  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  // 执行代码
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  auto duration = end - start;

​6. std::tuple

• ​功能：存储多个不同类型的值。
• ​示例：

  auto t = std::make_tuple(42, "Hello", 3.14);
  int num = std::get<0>(t);  // 获取第一个元素

---

​三、其他重要改进

​1. 静态断言 (static_assert)

• ​功能：编译时断言检查。
• ​示例：

  static_assert(sizeof(int) == 4, "int must be 4 bytes");

​2. 右值引用优化 (RVO/NRVO)

• ​返回值优化：编译器自动避免临时对象的拷贝。

​3. 外部模板 (extern template)

• ​功能：显式禁止隐式模板实例化，减少编译时间。

  extern template::vector<int>;  // 声明

​4. 字面量运算符

• ​功能：自定义字面量后缀。
• ​示例：

  long double operator"" _km(long double d) { return d * 1000; }
  auto distance = 5.0_km;  // 5000.0

---

​四、C++11 的编程范式影响

1. ​资源管理：智能指针替代裸指针，减少内存泄漏。
2. ​性能提升：移动语义减少不必要的拷贝。
3. ​泛型编程：auto 和变参模板简化泛型代码。
4. ​并发支持：原生多线程库简化并行开发。

---

​五、编译器支持

• ​GCC：4.8+ 完全支持。
• ​Clang：3.3+ 完全支持。
• ​MSVC：Visual Studio 2013+ 支持大部分特性。

---

​总结

C++11 是现代 C++ 的基石，通过智能指针、移动语义、Lambda 等特性大幅提升代码的安全性、性能和可读性，奠定了后续版本（C++14/17/20）的基础。建议优先掌握 auto、智能指针、右值引用和 Lambda 表达式，以快速提升开发效率。