【C++11】新特性入门

【C++11】新特性入门

一、C++11简介

​ 在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表（简称TC1），使得C++03这个名字已经取代了C++98成为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于TC1主要是对C++98标准的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯的把两个标准合称为C++98/03标准。从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准姗姗来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛化和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率。小插曲：1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年时间更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++07。但是到2006年的时候，官方觉得2007年肯定完成不了C++07，而且官方觉得2008年可能也完成不了，最后干脆叫C++0x，x的意思就是不知道到底在07还是08还是09年完成，结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准，最终定名为C++11。

二、列表初始化

​ 在C++98中，标准允许适用花括号{}对数组元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point {
	int x;
	int y;
};
int main() {
	//使用大括号对数组元素进行初始化
	int array1[] = { 1,2,3,4,5 };
	int array2[5] = { 0 };
	//使用大括号对结构体元素进行初始化
	Point p = { 1,2 };
	return 0;
}

​ C++11扩大了用大括号括起来的列表（初始化列表）的使用范围，使其用于所有的内置类型和用户自定义类型，使用初始化列表时，可以添加等号（=），也可以不添加。

struct Point {
	int _x;
	int _y;
};
int main() {
	//使用大括号对内置类型进行初始化
	int x1 = { 1 };//可添加等号
	int x2{ 2 };//可不添加等号

	//使用大括号对数组元素进行初始化
	int array1[]{ 1,2,3,4,5 };//可不添加等号
	int array2[5]{ 0 };//可不添加等号

	//使用大括号对结构体元素进行初始化
	Point p{ 1,2 };//可不添加等号

	//C++11中列表初始化也可以用于new表达式中（C++98无法初始化）
	int* p1 = new int[4] {0};//不可添加等号
	int* p2 = new int[4] {1, 2, 3, 4};//不可添加等号
	return 0;
}

​ 创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化。比如：

class Point {
public:
	Point(int x = 0, int y = 0) :_x(x), _y(y) 
	{}
private:
	int _x;
	int _y;
};
int main() {
	Point p{ 1,2 };
	return 0;
}

​ C++98并不支持直接用列表对容器进行初始化，这种初始化方式是在C++11引入initializer_list容器后才支持的。

int main() {
	//C++98
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);

	//C++11
	vector<int> v2 = { 1,2,3 };
	vector<int> v3 = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
	map<string, string> mp = { {"insert","插入"},{"sort","排序"} };
	return 0;
}

​ 对于STL中的容器，都支持花括号初始化，我们可以通过文档查看：

​ 接下来我们去了解一下initializer_list容器：

​ initializer_list本质就是一个大括号括起来的列表，如果用auto关键字定义一个变量来接收一个大括号括起来的列表，然后以typeid(变量名).name()的方式查看该变量的类型，此时会发现该变量的类型就是initializer_list。

​ 在我之前的博客模拟实现过vector容器，但是那时候的vector并不支持花括号初始化，我们现在对其改进如下：

namespace ljh {
	template<class T>
	class vector {
	public:
		typedef T* iterator;
		vector(initializer_list<T> il) {
			_start = new T[il.size()];
			_finish = _start;
			_endofstorage = _start + il.size();
			//迭代器遍历
//使用迭代器方式遍历时，需要在迭代器类型前面加上typename关键字，指明这是一个类型名字
//因为这个迭代器类型定义在一个类模板中，在该类模板未被实例化之前编译器是无法识别这个类型的
			/*
			typename initializer_list<T>::iterator it = il.begin();
			while (it != il.end()) {
				push_back(*it);
				it++;
			}*/
			//这里为了方便直接使用for循环遍历
			for (auto e : il) {
				push_back(e);
			}
		}
		vector<T>& operator=(initializer_list<T> il) {
			vector<T> tmp(il);
			std::swap(_start, tmp._start);
			std::swap(_finish, tmp._finish);
			std::swap(_endofstorage, tmp._endofstorage);
			return *this;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

​ 经过上面的改动就可以让我们之前实现过的vector，支持花括号初始化了。如果是直接vector<int> v{1,2,3,4}；就是调用以initializer_list作为参数的构造函数完成对象的初始化。
​ 如果是v={5,4,3,2,1}；会先调用initializer_list作为参数的构造函数构造出一个vector对象，然后再调用vector原有的赋值运算符重载函数完成两个vector对象之间的赋值。

三、声明

​ C++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

1.auto

​ 在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没说明价值了。（小贴士：在C语言中auto声明全局变量时，编译出错）
​ C++中废弃auto原来的用法，讲其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

int main() {
	int i = 10;
	auto p = &i;
	auto pf = strcpy;

	cout << typeid(p).name() << endl;
	cout << typeid(pf).name() << endl;

	map<string, string> dict = { {"sort","排序"},{"insert","插入"} };
	auto it = dict.begin();//auto可以简化代码，不然要写成下面
	//map<string, string>::iterator it = dict.begin();

	return 0;
}

2.decltype

​ 关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

//使用场景
template<class T1,class T2>
void F(T1 t1, T2 t2) {
	decltype(t1 * t2) ret;
	//t1*t2 的类型你是不知道的，但是你又想用t1*t2的类型去定义一个变量，
	// 那么decltype关键字就起到了用处
	cout << typeid(ret).name() << endl;
}

int main() {
	const int x = 1;
	double y = 2.2;
	decltype(x * y) ret;
	decltype(&x) p;
	cout << typeid(ret).name() << endl;//double
	cout << typeid(p).name() << endl;//int*
	F(1, 'a');
	return 0;
}

​ decltype还可以推导出函数返回值的类型

3.nullptr

​ 由于C++的NULL被定义成字面量0，这样就可能会带来一些问题，因为0既能表示指针常量，又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

#ifndef NULL
#indef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void*)0)
#endif
#endif

​ 在C++入门的那篇博客中有提及，这里就不赘述了。

四、范围for

​ 范围for本质上是由迭代器支持的，在代码编译的时候，编译器会自动将范围for替换为迭代器的形式。而由于在使用迭代器遍历时需要对对象进行++和==操作，因此使用范围for的对象也需要支持++和 ==操作

int main() {
	vector<int> res{ 1,2,3,4,5 };//C++11支持
	//C++98 遍历数组的方式
	for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
		cout << res[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//C++11遍历数组的方式
	for (auto e : res) {
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

五、STL中一些变化

​ 新容器：C++11中新增了四个容器，分别是array、forward_list、unordered_map和unordered_set。

1.array容器

1. array容器本质就是一个静态数组，即固定大小的数组
2. array容器中有两个模板参数，第一个模板参数代表的是存储的类型，第二个模板参数是一个非类型模板参数，代表的是数组中可存储元素的个数。

array<int,10> arr;//定义一个存储10个int类型元素的array容器

array容器与普通数组对比：

• array容器与普通数组一样，支持通过[]访问指定下标的元素，也支持使用范围for遍历数组元素。
• array容器与普通数组不同之处在于，array容器用一个类对数组进行封装，并且在访问array容器中的元素时会进行越界检查。用[]访问元素时采用断言检查，调用at成员函数访问元素时采用抛异常检查。
• 而对于普通数组来说，一般只有对数组进行写操作时才会检查越界，如果只是越界进行读操作可能并不会报错。
• array容器的对象是创建在栈上的，因此array容器不适合定义太大的数组。

2.forward_list容器

​ forward_list容器本质就是一个单链表。forward_list很少使用，原因如下：

1. forward_list只支持头插头删，不支持尾插尾删，因为单链表在进行尾插尾删时需要先找尾，时间复杂度O(N)。
2. forward_list提供的插入函数叫做insert_after，也就是在指定元素的后面插入一个元素，而不像其他容器是在指定元素的前面插入一个元素，因为单链表如果要在指定元素的前面插入元素，还要遍历链表找到该元素的前一个元素，时间复杂度为O(N)
3. forward_list提供的删除函数叫做erase_after，也就是删除指定元素后面的一个元素，因为单链表如果要删除指定元素，还需要还要遍历链表找到指定元素的前一个元素，时间复杂度为O(N)

总结就是这个单链接只提供最简单的链表操作，很鸡肋。

3.unordered_map和unordered_set容器

​ 这部分内容在之前的博客中有讲解过。