掀起C++ 11的神秘面纱

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【51CTO 6月21日外电头条】C++之父Bjame Stroustrup最近说C++11就像一个新语言，的确，C++11核心已经发生了巨大的变化，它现在支持Lambda表达式，对象类型自动推断，统一的初始化语法，委托构造函数，deleted和defaulted函数声明nullptr，以及最重要的右值引用。

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C++0x FAQ中文版（http://imcc.blogbus.com/logs/106046323.html）

C++11标准库也使用新的算法，新的容器类，原子操作，类型特征，正则表达式，新的智能指针，async()函数和多线程库进行了改造。

C++11的新内核和库特性完整列表请移步这里(http://www2.research.att.com/~bs/C++0xFAQ.html)。 C++标准在1998年获得通过后，有两位委员会委员预言，下一代C++标准将“肯定”包括内置的垃圾回收器（GC），但可能不会支持多线程，因为定义一个可移植的线程模型涉及到的技术太复杂了，13年后，新的C++标准C++11也接近完成，你猜怎么着？让那两位委员没想到的是，本次更新还是没有包括GC，但却包括了一个先进的线程库。

在这篇文章中，我将介绍C++11标准中发生的最大变化，以及为什么应该引起注意，正如你将看到的，线程库不是唯一的变化，新标准采纳了数十位专家的意见，使C++变得更有意义。正如Rogers Cadenhead指出的那样，它们就像迪斯科、宠物石和长胸毛的奥运游泳选手一样不可思议。

首先，让我们看看C++11核心语言的一些突出特性。

Lambda表达式

Lambda表达式允许你在本地定义函数，即在调用的地方定义，从而消除函数对象产生的许多安全风险，Lambda表达式的格式如下：

• [capture](parameters)->return-type {body}
  

[]里是函数调用的参数列表，表示一个Lambda表达式的开始，让我们来看一个Lambda例子：

假设你想计算某个字符串包含多少个大写字母，使用for_each()遍历一个char数组，下面的Lambda表达式确定每个字母是否是大写字母，每当它发现一个大写字母，Lambda表达式给Uppercase加1，Uppercase是定义在Lambda表达式外的一个变量：

• int main()   
• {   
•    char s[]="Hello World!";   
•    int Uppercase = 0; //modified by the lambda   
•    for_each(s, s+sizeof(s), [&Uppercase] (char c) {   
•     if (isupper(c))   
•      Uppercase++;   
•     });   
• cout<< Uppercase<<" uppercase letters in: "<< s<<endl;   
• }
  

这是因为，如果你定义的函数主体被放置在另一个函数调用内部，[&Uppercase]中的“&”记号意味着Lambda主体获得一个Uppercase的引用，以便它能修改，如果没有这个特殊记号，Uppercase将通过值传递，C++11 Lambda表达式也包括成员函数构造器。

自动类型推断和decltype

在C++03中，在声明对象时，你必须指定对象的类型，然而，在许多情况下，对象的声明包括在初始化代码中，C++11利用了这个优势，允许你声明对象时不指定类型：

• auto x=0; //x has type int because 0 is int   
• auto c='a'; //char   
• auto d=0.5; //double   
• auto national_debt=14400000000000LL;//long long
  

相反，你可以声明下面这样的迭代器：

• void fucn(const vector<int> &vi)   
• {   
• vector<int>::const_iterator ci=vi.begin();   
• }   
  

关键字auto不是什么新生事物，我们早已认识，它实际上可以追溯到前ANSI C时代，但是，C++11改变了它的含义，auto不再指定自动存储类型对象，相反，它声明的对象类型是根据初始化代码推断而来的，C++11删除了auto关键字的旧有含义以避免混淆，C++11提供了一个类似的机制捕捉对象或表达式的类型，新的操作符decltype需要一个表达式，并返回它的类型。

• const vector<int> vi;   
• typedef decltype (vi.begin()) CIT;   
• CIT another_const_iterator;   
  

统一初始化语法

C++至少有4个不同的初始化符号，有些存在重叠，括号初始化语法如下：

• std::string s("hello");   
• int m=int(); //default initialization   
  

在某些情况下，你也可以使用“=”符号进行初始化：

• std::string s="hello";   
• int x=5;   
  

对于POD聚合，你还可以使用大括号：

• int arr[4]={0,1,2,3};   
• struct tm today={0};   
  

最后，构造函数使用成员进行初始化：

• struct S {   
• int x;   
• S(): x(0) {} };   
  

显然，这么多种初始化方法会引起混乱，对新手来说就更痛苦了，更糟糕的是，在C++03中，你不能初始化POD数组成员，POD数组使用new[]分配，C++11使用统一的大括号符号清理了这一混乱局面。

• class C   
• {   
• int a;   
• int b;   
• public:   
• C(int i, int j);   
• };   
•    
• C c {0,0}; //C++11 only. Equivalent to: C c(0,0);   
•    
• int* a = new int[3] { 1, 2, 0 }; /C++11 only   
•    
• class X {   
•   int a[4];   
• public:   
•   X() : a{1,2,3,4} {} //C++11, member array initializer   
• };
  

关于容器，你可以和一长串的push_back()调用说再见了，在C++11中，你可以直观地初始化容器：

• // C++11 container initializer   
• vector vs<string>={ "first", "second", "third"};   
• map singers =   
•   { {"Lady Gaga", "+1 (212) 555-7890"},   
•     {"Beyonce Knowles", "+1 (212) 555-0987"}};   
  

类似地，C++11支持类似的数据成员类内初始化：

• class C   
• {   
• int a=7; //C++11 only   
• public:   
• C();   
• };   
  

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Deleted和Defaulted函数

一个表单中的函数：

• struct A   
• {   
• A()=default; //C++11   
• virtual ~A()=default; //C++11   
• };   
  

被称为一个defaulted函数，“=default;”告诉编译器为函数生成默认的实现。Defaulted函数有两个好处：比手工实现更高效，让程序员摆脱了手工定义这些函数的苦差事。

与defaulted函数相反的是deleted函数：

• int func()=delete;
  

Deleted函数对防止对象复制很有用，回想一下C++自动为类声明一个副本构造函数和一个赋值操作符，要禁用复制，声明这两个特殊的成员函数=delete即可：

• struct NoCopy  
• {  
•     NoCopy & operator =( const NoCopy & ) = delete;  
•     NoCopy ( const NoCopy & ) = delete;  
• };  
• NoCopy a;  
• NoCopy b(a); //compilation error, copy ctor is deleted  
  

nullptr

C++终于有一个关键字指定一个空指针常量了，nullptr取代了有错误倾向的null和文字0，这两个被用来作为空指针替代品已经有很多年的历史了，nullptr是一个强类型：

• void f(int); //#1  
• void f(char *);//#2  
• //C++03  
• f(0); //which f is called?  
• //C++11  
• f(nullptr) //unambiguous, calls #2  
  

nullptr适用于所有指针类别，包括函数指针和成员指针：

• const char *pc=str.c_str(); //data pointers  
• if (pc!=nullptr)  
•   cout<<pc<<endl;  
• int (A::*pmf)()=nullptr; //pointer to member function  
• void (*pmf)()=nullptr; //pointer to function  
  

委托构造函数

在C++11中，构造函数可以调用相同类中的其它构造函数：

• class M //C++11 delegating constructors  
• {  
• int x, y;  
• char *p;  
• public:  
• M(int v) : x(v), y(0),  p(new char [MAX])  {} //#1 target  
• M(): M(0) {cout<<"delegating ctor"<  
  

构造函数#2，委托构造函数，调用目标构造函数#1。

右值引用

C++03中的引用类型只能绑定左值，C++11引入了一种新型引用类型，叫做右值引用，右值引用可以绑定左值，例如，临时对象和字面量。增加右值引用的主要原因是move(移动)语义，它和传统的复制不一样，移动意味着目标对象偷窃了源对象的资源，留下一个状态为“空”的资源，在某些情况下，复制一个对象代价既高又没有必要，可以用一个移动操作代替，如果你想评估移动带来的性能收益，可以考虑字符串交换，一个幼稚的实现如下：

• void naiveswap(string &a, string & b)  
• {  
• string temp = a;  
• a=b;  
• b=temp;  
• }  
  

像这样写代价是很高的，复制字符串必须分配原始内存，将字符从源位置复制到目标位置，相反，移动字符串仅仅是交换两个数据成员，不用分配内存，复制char数组和删除内存：

• void moveswapstr(string& empty, string & filled)  
• {  
• //pseudo code, but you get the idea  
• size_t sz=empty.size();  
• const char *p= empty.data();  
• //move filled's resources to empty  
• empty.setsize(filled.size());  
• empty.setdata(filled.data());  
• //filled becomes empty  
• filled.setsize(sz);  
• filled.setdata(p);  
• }  
  
  

如果你实现的类支持移动，你可以像下面这样声明一个移动构造函数和一个移动赋值操作符：

• class Movable
• {
• Movable (Movable&&); //move constructor
• Movable&& operator=(Movable&&); //move assignment operator
• };
  

C++11标准库广泛使用了移动语义，许多算法和容器现在都为移动做了优化。

C++11标准库

C++于2003年以库技术报告1(TR1)的形式经历了重大改版，TR1包括新的容器类(unordered_set，unordered_map，unordered_multiset和unordered_multimap)和多个支撑正则表达式、元组和函数对象封装器等的新库。随着C++11标准获得通过，TR1和自它首次发布以来新增的库被正式纳入标准的C++标准，下面是C++11标准库的一些特性：

线程库

站在程序员的角度来看，C++11最重要的新功能毫无疑问是并行操作，C++11拥有一个代表执行线程的线程类，在并行环境中用于同步，async()函数模板启动并行任务，为线程独特的数据声明thread_local存储类型。如果你想找C++11线程库的快速教程，请阅读Anthony William的“C++0x中更简单的多线程”。

新的智能指针类

C++98只定义了一个智能指针类auto_ptr，它现在已经被废弃了，C++11引入了新的智能指针类shared_ptr和最近添加的unique_ptr，两者都兼容其它标准库组件，因此你可以在标准容器内安全保存这些智能指针，并使用标准算法操作它们。

新的算法

C++11标准库定义了新的算法模仿all_of()，any_of()和none_of()操作，下面列出适用于ispositive()到(first, first+n)范围，且使用all_of(), any_of() and none_of() 检查范围的属性的谓词：

• #include <algorithm>
• //C++11 code
• //are all of the elements positive?
• all_of(first, first+n, ispositive()); //false
• //is there at least one positive element?
• any_of(first, first+n, ispositive());//true
• // are none of the elements positive?
• none_of(first, first+n, ispositive()); //false
  

一种新型copy_n算法也可用了，使用copy_n()函数，复制一个包含5个元素的数组到另一个数组的代码如下：

• #include
• int source[5]={0,12,34,50,80};
• int target[5];
• //copy 5 elements from source to target
• copy_n(source,5,target);
  

算法iota()创建了一个值顺序递增的范围，好像分配一个初始值给*first，然后使用前缀++使值递增，在下面的代码中，iota()分配连续值{10,11,12,13,14}给数组arr，并将{‘a’,’b’,’c’}分配给char数组c。

• include <numeric>
• int a[5]={0};
• char c[3]={0};
• iota(a, a+5, 10); //changes a to {10,11,12,13,14}
• iota(c, c+3, 'a'); //{'a','b','c'}
  

C++11仍然缺乏一些有用的库，如XML API，套接字，GUI，反射以及前面提到的一个合适的自动垃圾回收器，但C++11的确也带来了许多新特性，让C++变得更加安全，高效，易学易用。

如果C++11的变化对你来说太大的话，也不要惊慌，多花些时间逐渐消化这一切，当你完全吸收了C++11的变化后，你可能就会同意Stroustrup的说法：C++11感觉就像一个新语言，一个更好的新语言。

原文出处：http://www.softwarequalityconnec ... hy-you-should-care/

原文名：The Biggest Changes in C++11