（九）C++的新标准

C++是一种不断发展的编程语言，自其最初版本发布以来，已经经历了多次重大更新。每个新版本都引入了新的语言特性、标准库扩展以及对现有功能的改进。以下是对C++主要新标准的详细介绍，包括C++11、C++14、C++17、C++20以及C++23的主要特性。

1. C++11

发布年份：2011年

主要特性：

• 自动类型推导（auto）：

  • auto关键字允许编译器自动推导变量的类型，减少冗长的类型声明。

    auto x = 10; // int
    auto y = 3.14; // double
    auto z = "Hello"; // const char*
    

• 范围基于的for循环：

  • 提供了一种更简洁的遍历容器的方法。

    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for(auto& elem : vec) {
        std::cout << elem << " ";
    }
    

• Lambda表达式：

  • 支持匿名函数，可以内联定义函数对象。

    auto add = [](int a, int b) -> int { return a + b; };
    std::cout << add(3, 4) << std::endl; // 输出: 7
    

• 智能指针：

  • 引入了std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr，用于更安全、更方便的内存管理。

    std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10);
    

• 移动语义和右值引用：

  • 支持移动构造函数和移动赋值运算符，提高性能，避免不必要的拷贝。

    class MyClass {
    public:
        MyClass(MyClass&& other) noexcept {
            // 移动构造逻辑
        }
    };
    

• nullptr：

  • 引入nullptr关键字，明确表示空指针，替代了传统的NULL宏。

    int* ptr = nullptr;
    

• 线程支持（std::thread）：

  • 提供了基本的线程支持，允许在C++中编写多线程程序。

    std::thread t([]() {
        std::cout << "Hello from thread" << std::endl;
    });
    t.join();
    

• 正则表达式（std::regex）：

  • 提供了强大的正则表达式支持，用于模式匹配和文本处理。

    std::regex pattern("^Hello");
    std::smatch match;
    std::string str = "Hello, World!";
    if(std::regex_match(str, match, pattern)) {
        std::cout << "Match" << std::endl;
    }
    

2. C++14

发布年份：2014年

主要特性：

• 泛型lambda：

  • 支持在lambda表达式中使用auto参数。

    auto add = [](auto a, auto b) { return a + b; };
    std::cout << add(3, 4) << std::endl; // 输出: 7
    std::cout << add(3.5, 4.5) << std::endl; // 输出: 8
    

• 变量模板：

  • 允许模板参数作为变量使用。

    template<typename T>
    constexpr T pi = T(3.1415926535897932385);
    
    std::cout << pi<int> << std::endl; // 输出: 3
    std::cout << pi<double> << std::endl; // 输出: 3.141592653589793
    

• 二进制字面量：

  • 支持二进制字面量表示。

    int x = 0b1010; // 10
    

• 数字分隔符：

  • 使用单引号作为数字分隔符，提高可读性。

    int million = 1'000'000;
    

3. C++17

发布年份：2017年

主要特性：

• 结构化绑定：

  • 允许将数组、结构体或元组的成员直接绑定到变量。

    std::pair<int, std::string> p = {1, "Hello"};
    auto [x, y] = p;
    std::cout << x << ", " << y << std::endl; // 输出: 1, Hello
    

• if和switch语句中的初始化：

  • 允许在if和switch语句中初始化变量。

    if(int x = 10; x > 5) {
        std::cout << "x is greater than 5" << std::endl;
    }
    

• 内联变量：

  • 支持在头文件中定义内联变量，避免多重定义问题。

    struct MyStruct {
        static inline int value = 10;
    };
    

• std::optional：

  • 提供了一种表示可能不存在的值的类型。

    std::optional<int> opt = 5;
    if(opt) {
        std::cout << *opt << std::endl; // 输出: 5
    }
    

• std::variant：

  • 提供了一种类型安全的联合体。

    std::variant<int, std::string> var = "Hello";
    std::cout << std::get<std::string>(var) << std::endl; // 输出: Hello
    

4. C++20

发布年份：2020年

主要特性：

• 概念（Concepts）：

  • 提供了一种更简洁、更强大的方式来定义模板约束。

    template <typename T>
    concept Integral = std::is_integral_v<T>;
    
    void func(Integral auto x) {
        // ...
    }
    

• 协程（Coroutines）：

  • 支持协程，允许编写异步代码。

    generator<int> generate() {
        co_yield 1;
        co_yield 2;
        co_return 3;
    }
    

• 范围（Ranges）：

  • 提供了一组范围库，支持链式操作和惰性求值。

    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto result = vec | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; }) | std::views::transform([](int x) { return x * 2; });
    for(auto& elem : result) {
        std::cout << elem << " "; // 输出: 4 8
    }
    

• 模块化（Modules）：

  • 提供了一种新的模块化机制，替代传统的#include，提高编译速度和代码组织性。

    export module MyModule;
    
    export void func() {
        // ...
    }
    

5. C++23

发布年份：2023年

主要特性：

• 库特性：

  • constexpr std::vector、constexpr std::string等：允许在编译时使用更多的标准库功能。
  • 改进的并发支持：如std::jthread，自动加入线程组。
  • 改进的格式化库：提供更强大的字符串格式化功能。

• 语言特性：

  • 简化lambda捕获：

    auto lambda = [x = 10, &y] { /* ... */ };
    

  • 改进的static_assert：支持字符串字面量作为消息。

    static_assert(false, "This is a compile-time error");
    

6. 总结

C++的新标准不断引入新的语言特性和库功能，旨在提高语言的表达能力、性能和安全性。通过了解和掌握这些新特性，程序员可以编写出更高效、更现代的C++代码。以下是一些建议：

• 逐步学习和应用新特性：从C++11开始，逐步学习和应用新特性，以充分利用现代C++的优势。
• 关注标准发展：关注C++标准的最新发展，了解即将到来的特性，如C++26。
• 使用现代C++实践：采用现代C++的最佳实践，如使用智能指针、范围基于的for循环、lambda表达式等。

通过合理地使用C++的新标准，可以编写出更简洁、更强大、更易于维护的代码。