c++26有什么新功能

1.概要

2.内容

C++26是C++语言的一个重要更新版本,它引入了一系列新特性和改进,以增强语言的灵活性、安全性、性能和易用性。以下是C++26的一些新特性和功能:

核心语言特性

  1. 未评估字符串:允许在编译时或运行时延迟字符串求值,提高代码效率和灵活性。
  2. 扩展字符集:增加@、$和```等字符到基本字符集中,提高代码的可读性和书写便利性。
  3. constexpr转换:支持从void*进行constexpr转换,使更多的计算可以在编译时进行,提高运行时性能。
  4. 用户生成的static_assert消息:允许在编译时使用非字符串字面量的消息,增强错误信息的表达能力。
  5. 占位符变量:在解构赋值时提供占位符,使代码更加简洁。
  6. 包索引(Pack Indexing):允许直接访问参数包中的元素,简化元编程。
  7. 结构化绑定的属性:为结构化绑定提供属性支持,增强代码的灵活性和可读性。

标准库改进

  1. std::chrono值类的哈希支持:允许对std::chrono值类进行哈希操作,便于在哈希容器中使用。
  2. std::is_within_lifetime:检查两个对象指针是否在彼此的生命周期内,增强内存安全性。
  3. 文件流中的原生句柄:提供文件流中的原生句柄访问,便于底层系统调用。
  4. 与std::string_view交互的改进:增强std::string_view与其他字符串类型的交互能力。
  5. 更多的constexpr支持:扩展更多标准库功能的constexpr支持,提升编译时性能。
  6. 新的SI前缀:为标准库添加新的SI前缀,便于处理物理量单位。
  7. std::copyable_function:提供一个可复制的函数对象包装器,简化函数对象的管理和使用。
  8. 调试支持:引入新的调试模块和API,增强调试功能。

并发和并行性支持

  1. std::execution库的扩展:提供更精细的调度机制,支持任务优先级、CPU亲和性等关键属性的设置。
  2. 合同编程(Contracts):允许开发者定义函数的前置条件和后置条件,增强代码的健壮性和可维护性。
  3. 静态反射(Reflection):支持程序在编译期检查和修改自身结构,实现更灵活的元编程。

安全性和内存管理

  1. 未初始化的局部变量处理:未初始化的局部变量将不再是未定义行为,提高代码的安全性。
  2. 内存安全性改进:通过引入更多安全性更高的组件和移除未定义行为等方式,降低开发中的安全风险。

其他改进

  1. 风险指针(Hazard Pointers):为并发编程提供延迟清理机制,提高内存管理的灵活性。
  2. Read-Copy-Update(RCU):另一种并发编程中的延迟清理方法,增强系统的实时性和稳定性。

总的来说,C++26在核心语言特性、标准库、并发和并行性支持、安全性和内存管理等方面都进行了显著的改进和增强,这些新特性和功能将使C++语言在现代软件开发中更具竞争力。

3.关联知识 

1.c++26有什么新但功能,并分别举例

C++26 是继 C++23 之后的下一个 C++ 标准版本,预计将在 2025 年第一季度完成主要功能。C++26 引入了一系列新功能,旨在提升语言的灵活性、性能和易用性。以下是 C++26 的一些新特性,并分别给出示例代码:

1. 静态反射(Static Reflection)

  • 特性描述:静态反射允许开发者在编译时查询和操作类型信息,为元编程提供了强大的支持。这一特性极大地简化了类型处理、自动生成代码等复杂任务。

  • 示例代码:将枚举值转换为字符串


#include <experimental/meta>
#include <iostream>
#include <string>
#include <type_traits>

template<typename E>
requires std::is_enum_v<E>
constexpr std::string enum_to_string(E value) {
    std::string result = "<unnamed>";
    [:expand(std::meta::enumerators_of(^E)):] >> [&] {
        if (value == [:e:]) {
            result = std::meta::identifier_of(e);
        }
    };
    return result;
}

enum Color { red, green, blue };

static_assert(enum_to_string(Color::red) == "red");
static_assert(enum_to_string(Color(42)) == "<unnamed>");

int main() {
    Color red = Color::red;
    std::cout << enum_to_string(red) << std::endl;
    return 0;
}

2. 合约编程(Contracts)

  • 特性描述:合约编程允许开发者定义函数的前置条件、后置条件和断言,提升代码的可靠性。前置条件在函数执行前检查,后置条件在函数执行后检查,断言在函数执行过程中检查。

  • 示例代码:定义函数合约


#include <contracts> // 合约支持的头文件

int divide(int numerator, int denominator)
pre(denominator != 0) // 前置条件:分母不能为 0
post(result: result * denominator == numerator) // 后置条件:结果 * 分母 == 分子
{
    contract_assert(numerator >= 0); // 断言:分子必须是非负数
    return numerator / denominator;
}

int main() {
    divide(0, 1); // 合法
    // divide(1, 0); // 违反了接口 divide 的合约前置条件
    // divide(1, 1); // 违反了接口 divide 的合约后置条件
    // divide(1, -1); // 违反了接口 divide 的合约断言
    divide(4, 2); // 合法
    return 0;
}

3. 条件中的结构化绑定(Structured Bindings in Conditions)

  • 特性描述:在 C++26 中,可以在 if 或 while 条件语句中使用结构化绑定,进一步简化了错误处理流程。

  • 示例代码:改进的错误处理


#include <charconv>
#include <cstring>
#include <iostream>

void parse_int(char* str) {
    if (auto [ptr, ec] = std::to_chars(str, str + std::strlen(str), 42); ec == std::errc()) {
        std::cout << "Parsed successfully.\n";
    } else {
        std::cerr << "Failed to parse: " << str << "\n";
    }
}

int main() {
    const char* buffer = "42";
    parse_int(buffer); // 输出: Parsed successfully.
    return 0;
}

4. 包索引(Pack Indexing)

  • 特性描述:包索引允许开发者直接访问模板参数包中的特定元素,简化了模板编程。

  • 示例代码:获取参数包的第一个和最后一个元素


#include <iostream>
#include <tuple>

template<typename... Args>
constexpr auto first_and_last(Args... args) {
    return std::make_pair(Args...[0], Args...[sizeof...(Args) - 1]);
}

int main() {
    auto [first, last] = first_and_last(1, 2, 3, 4, 5);
    std::cout << "First: " << first << ", Last: " << last << "\n";
    return 0;
}

5. 未评估字符串(Non-evaluated Strings)

  • 特性描述:未评估字符串允许在编译时或运行时延迟字符串求值,提高了字符串处理的效率。

  • 示例代码:在编译时或运行时延迟字符串求值


#include <iostream>
#include <tuple>

template<typename... Args>
constexpr auto first_and_last(Args... args) {
    return std::make_pair(Args...[0], Args...[sizeof...(Args) - 1]);
}

int main() {
    auto [first, last] = first_and_last(1, 2, 3, 4, 5);
    std::cout << "First: " << first << ", Last: " << last << "\n";
    return 0;
}

6. 扩展字符集(Extended Character Set)

  • 特性描述:C++26 将增加 @$ 和反引号 ` 字符到基本字符集中,提高了代码的可读性和书写便利性。

  • 示例代码:使用扩展字符集

#include <iostream>

int main() {
    const char* email = "user@example.com";
    const char* currency = "$100";
    std::cout << "Email: " << email << std::endl;
    std::cout << "Currency: " << currency << std::endl;
    return 0;
}

7. constexpr 转换

  • 特性描述:支持从 void* 进行 constexpr 转换,这意味着更多的计算可以在编译时进行,从而提高运行时性能。

  • 示例代码:将 void* 转换为具体类型的指针

constexpr int* toIntPointer(void* ptr) {
    return static_cast<int*>(ptr);
}

int main() {
    int value = 42;
    void* voidPtr = &value;
    constexpr int* intPtr = toIntPointer(voidPtr);
    std::cout << *intPtr << std::endl; // 输出: 42
    return 0;
}

8. 用户生成的 static_assert 消息

  • 特性描述:允许开发者自定义 static_assert 的错误消息,使错误信息更具描述性。

  • 示例代码:自定义 static_assert 错误信息

constexpr int* toIntPointer(void* ptr) {
    return static_cast<int*>(ptr);
}

int main() {
    int value = 42;
    void* voidPtr = &value;
    constexpr int* intPtr = toIntPointer(voidPtr);
    std::cout << *intPtr << std::endl; // 输出: 42
    return 0;
}

9. std::execution 库的扩展

  • 特性描述:C++26 对 std::execution 库进行了扩展,为并行算法的控制带来了更多支持,如提供更精细的调度机制,尤其是对于任务优先级、CPU 亲和性等关键属性的设置。

  • 示例代码:使用 std::execution 调度并发任务(假设编译器支持)

#include <execution>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(std::execution::par, data.begin(), data.end(), [](int& n) {
        n *= 2;
    });

    for (int n : data) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

10. 饱和算术(Saturation Arithmetic)

在C++26中,饱和算术(Saturation Arithmetic)得到了标准库的支持,通过引入了一些新的函数模板来实现。这些函数模板用于在数值运算中自动处理溢出问题,确保结果不会超出数据类型的表示范围。以下是对C++26中饱和算术应用的举例:

1. std::saturate_cast

  • 定义

    template<class T, class U>
    constexpr T saturate_cast(U x) noexcept;
  • 功能:将值 x 转换为类型 T 的值,并确保结果不会超出 T 类型的最小值和最大值之间。如果 T 或 U 不是有符号或无符号整数类型(包括标准整数类型和扩展整数类型),则结果未定义。

  • 示例

    #include <cstdint>
    #include <limits>
    #include <numeric>
    #include <iostream>
    
    int main() {
        constexpr std::int16_t x1{696};
        constexpr std::int8_t x2 = std::saturate_cast<std::int8_t>(x1);
        static_assert(x2 == std::numeric_limits<std::int8_t>::max());
    
        constexpr std::uint8_t x3 = std::saturate_cast<std::uint8_t>(x1);
        static_assert(x3 == std::numeric_limits<std::uint8_t>::max());
    
        constexpr std::int16_t y1{-696};
        constexpr std::int8_t y2 = std::saturate_cast<std::int8_t>(y1);
        static_assert(y2 == std::numeric_limits<std::int8_t>::min());
    
        constexpr std::uint8_t y3 = std::saturate_cast<std::uint8_t>(y1);
        static_assert(y3 == 0);
    
        std::cout << "saturate_cast examples passed static assertions." << std::endl;
        return 0;
    }

    在这个示例中,std::saturate_cast 函数将超出目标类型范围的整数转换为该类型的最大值或最小值。

2. std::add_sat

  • 定义

    template<class T>
    constexpr T add_sat(T x, T y) noexcept;
  • 功能:计算两个整数 x 和 y 的饱和加法,即如果结果超出 T 类型的表示范围,则返回该类型的最大值或最小值。

  • 示例

    #include <cstdint>
    #include <numeric>
    #include <iostream>
    
    int main() {
        constexpr std::int8_t x1{127};
        constexpr std::int8_t y1{127};
        constexpr std::int8_t result1 = std::add_sat(x1, y1);
        static_assert(result1 == std::numeric_limits<std::int8_t>::max());
    
        constexpr std::int8_t x2{-128};
        constexpr std::int8_t y2{-128};
        constexpr std::int8_t result2 = std::add_sat(x2, y2);
        static_assert(result2 == std::numeric_limits<std::int8_t>::min());
    
        std::cout << "add_sat examples passed static assertions." << std::endl;
        return 0;
    }

    在这个示例中,std::add_sat 函数计算两个8位有符号整数的饱和加法,当结果超出范围时,返回相应的最大值或最小值。

3. std::sub_sat

  • 定义

    template<class T>
    constexpr T sub_sat(T x, T y) noexcept;
  • 功能:计算两个整数 x 和 y 的饱和减法,即如果结果超出 T 类型的表示范围,则返回该类型的最大值或最小值。

  • 示例

    #include <cstdint>
    #include <numeric>
    #include <iostream>
    
    int main() {
        constexpr std::int8_t x1{10};
        constexpr std::int8_t y1{128};
        constexpr std::int8_t result1 = std::sub_sat(x1, y1);
        static_assert(result1 == std::numeric_limits<std::int8_t>::min());
    
        constexpr std::int8_t x2{127};
        constexpr std::int8_t y2{1};
        constexpr std::int8_t result2 = std::sub_sat(x2, y2);
        static_assert(result2 == std::numeric_limits<std::int8_t>::max() - 1);
    
        std::cout << "sub_sat examples passed static assertions." << std::endl;
        return 0;
    }

    在这个示例中,std::sub_sat 函数计算两个8位有符号整数的饱和减法,当结果超出范围时,返回相应的最大值或最小值。

4. std::mul_sat

  • 定义

    template<class T>
    constexpr T mul_sat(T x, T y) noexcept;
  • 功能:计算两个整数 x 和 y 的饱和乘法,即如果结果超出 T 类型的表示范围,则返回该类型的最大值或最小值。

  • 示例

    #include <cstdint>
    #include <numeric>
    #include <iostream>
    
    int main() {
        constexpr std::int8_t x1{127};
        constexpr std::int8_t y1{2};
        constexpr std::int8_t result1 = std::mul_sat(x1, y1);
        static_assert(result1 == std::numeric_limits<std::int8_t>::max() - 1);
    
        constexpr std::int8_t x2{-128};
        constexpr std::int8_t y2{2};
        constexpr std::int8_t result2 = std::mul_sat(x2, y2);
        static_assert(result2 == std::numeric_limits<std::int8_t>::min());
    
        std::cout << "mul_sat examples passed static assertions." << std::endl;
        return 0;
    }

    在这个示例中,std::mul_sat 函数计算两个8位有符号整数的饱和乘法,当结果超出范围时,返回相应的最大值或最小值。

总结

C++26通过引入 std::saturate_caststd::add_satstd::sub_sat 和 std::mul_sat 等函数模板,为开发者提供了方便的工具来处理数值运算中的溢出问题。这些函数模板在图像处理、信号处理、计算机视觉等领域有着广泛的应用前景。

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