C++ 11和C++98相比有哪些新特性

 此文是如下博文的翻译：

https://herbsutter.com/elements-of-modern-c-style/

 

 

C++11标准提供了许多有用的新特性。这篇文章特别针对使C++11和C++98相比看上去像一门新语言的特性，因为：

• C++11的这些特性改变了书写C++代码的风格和习惯，也改变了设计C++库的方式。例如，你会看到更多的被当作参数和返回值的智能指针，还有按值(by value)返回超大对象的函数。
• 它们被使用的非常广泛，在大多数代码中你都能看到它们。举个例子，在现代C++中几乎每5行C++代码你就能看到auto关键字。

还有一些其它的非常好的C++11新特性，但先把这篇文章所描述的新特性熟悉起来把，因为这些被广泛使用的特性展示了为什么C++11代码是简洁的，安全的和快速的，就像其它现代主流开发语言一样，并且性能和传统C++一样强大。

1. Auto

在任何可能的时候使用auto。因为有两个原因。第一，非常明显，能够避免重复输入我们已经声明的并且编译器已经认识的类型名称，这是非常方便的。

// C++98

map<int,string>::iterator i = m.begin();

double const xlimit = config["xlimit"];

singleton& s = singleton::instance(); 

// C++11

auto i = begin(m);

auto const xlimit = config["xlimit"];

auto& s = singleton::instance();

 

第二，当有遇到一个你不知道或者无法用语言表达的类型时，auto就不仅仅是使用方便这么简单了，比如，大多数lambda函数的类型，你不能够容易的将其类型拼写出来甚至根本就不能够写出来。

// C++98

binder2nd< greater > x = bind2nd( greater(), 42 ); 

// C++11

auto x = [](int i) { return i > 42; };

 

注意，使用auto并没有修改代码的语义。代码仍然是静态类型(statically typed),并且每个表达式都干净利落；只是不再强制我们多余的重新声明类型的名称。

一些人开始的时候害怕使用auto，因为给人的感觉像是并没有声明（重新声明）我们想要的类型，这意味着我们可能会突然得到一个不同的类型。如果你想显示的做强制类型转换，这没有问题；声明目标类型就可以了。但是在大部分情况下，使用auto就足够了，由于出现错误而得到另外一个类型的情况很少见，在使用强静态类型（strong static typing）情况下，如果类型出现错误编译器就会告诉你。

2. 智能指针，no delete

总是使用智能指针，不要用原生指针和delete。除非需要实现你自己的底层数据结构（把原生指针很好的封装在类(class boundary)中

如果你知道你是另外一个对象的唯一拥有着，使用unique_ptr来表示唯一的拥有权。一个"new T"表达式能很快的初始化一个拥有 这个智能指针的对象，特别是unique_ptr。典型的例子是指向实现的指针（Pimpl Idiom）：

// C++11 Pimpl idiom: header file
class widget {
public:
    widget();
    // ... (see GotW #100) ...
private:
    class impl;
    unique_ptr<impl> pimpl;
};
 
// implementation file
class widget::impl { /*...*/ };
 
widget::widget() : pimpl{ new impl{ /*...*/ } } { }
// ...

 

使用shared_ptr来表示共享所有权（shared ownership）。使用make_shared来创建共享对象更好。

// C++98
widget* pw = new widget();
:::
delete pw;
 
// C++11
auto pw = make_shared<widget>();

 

使用weak_ptr来打破循环和表示可选性（比如实现一个对象缓存）

// C++11
class gadget;
 
class widget {
private:
    shared_ptr<gadget> g; // if shared ownership
};
 
class gadget {
private:
    weak_ptr<widget> w;
};

 

如果你了解到另外一个对象比你的生存周期要长，并且你想观察这个对象，那么使用原生指针（raw pointer）。

// C++11
class node {
 vector<unique_ptr<node>> children;
 node* parent;
public:
 :::
};

 

3. Nullptr

用nullptr来表示一个空指针，不要再使用数字0或者宏NULL来表示空指针了，因为这些是模棱两可的，既能表示整形也可表示指针。

// C++98
int* p = 0;
 
// C++11
int* p = nullptr;

 

4. Range for

对一个范围内的元素进行有序访问，基于range的for循环会是更方便的用法。

// C++98
for( vector<int>::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i ) {
    total += *i;
}
 
// C++11
for( auto d : v ) {
    total += d;
}

 

5. 非成员begin和end

使用非成员函数begin(x)和end(x)(不是x.begin()和x.end())，因为begin(x)和end(x)是可扩展的，能同所有容器类型一块工作——甚至数组也可以——并不是只针对提供了STL风格的x.begin()和x.end()成员函数的容器。
如果你正在使用一个非STL集合类型，这个类型提供迭代器但不是STL风格的x.begin()和x.end()，你可以对他的非成员函数begin()和end()进行重载，这样你就可以使用同STL容器同样的风格进行编码。标准中举了一个例子：数组，并且提供了对象的begin和end函数：

vector<int> v;
int a[100];
 
// C++98
sort( v.begin(), v.end() );
sort( &a[0], &a[0] + sizeof(a)/sizeof(a[0]) );
 
// C++11
sort( begin(v), end(v) );
sort( begin(a), end(a) );

 

6. Lambda函数和算法

Lambda表达式改变了游戏规则，它会时不时的改变你的编码方式，这种方式优雅并且快速。Lambda使现存STL算法实用性提高了百倍。
新增加的C++库的设计都以支持lambad表达式为前提(例如：PPL)，甚至有一些库需要通过你编写lambda表达式来它（例如：c++ AMP）。
这里有个例子，找到v中的>X并且<Y的第一个元素。在C++11中，最简单并且干净的代码是使用标准算法。

// C++98: write a naked loop (using std::find_if is impractically difficult)
vector<int>::iterator i = v.begin(); // because we need to use i later
for( ; i != v.end(); ++i ) {
    if( *i > x && *i < y ) break;
}
 
// C++11: use std::find_if
auto i = find_if( begin(v), end(v), [=](int i) { return i > x && i < y; } );

 

想使用一个循环或者类似的语言特性（language feature）但实际上在该语言中并不存在，怎么办？将其实现成模板函数（库算法）就可以了，多亏了lambda，使用它就像是用一个语言特性一样的方便，但是更灵活，因为它确实是一个库而不是一个固定的语言特性。

// C#
lock( mut_x ) {
    ... use x ...
}
 
// C++11 without lambdas: already nice, and more flexible (e.g., can use timeouts, other options)
{
    lock_guard<mutex> hold { mut_x };
    ... use x ...
}
 
// C++11 with lambdas, and a helper algorithm: C# syntax in C++
// Algorithm: template<typename T> void lock( T& t, F f ) { lock_guard hold(t); f(); }
lock( mut_x, [&]{
    ... use x ...
});

 

熟悉一下lambda吧，你会发现他们很有用，并不只是在c++中，它们已经在几个主流语言中得到支持并且流行开来。

7. Move/&&

把move当作是对拷贝的优化最合适不过了，虽然它也包含其他方面的东西（像完美转发(perfect forwarding)）
move语义改变了我们设计API的方式。我们会越来越多的将函数设计成return by value。

// C++98: alternatives to avoid copying
vector<int>* make_big_vector(); // option 1: return by pointer: no copy, but don't forget to delete
:::
vector<int>* result = make_big_vector();
 
void make_big_vector( vector<int>& out ); // option 2: pass out by reference: no copy, but caller needs a named object
:::
vector<int> result;
make_big_vector( result );
 
// C++11: move
vector<int> make_big_vector(); // usually sufficient for 'callee-allocated out' situations
:::
auto result = make_big_vector(); // guaranteed not to copy the vector

 

如果你想获得比copy更高效的办法，对你的类型使用move语义吧。

8. 统一的初始化和初始化列表

没有发生变化的：当初始化一个non-POD或者auto的本地变量时，继续使用熟悉的不带额外花括号{}的=语法。

// C++98 or C++11
int a = 42;        // still fine, as always
 
// C++ 11
auto x = begin(v); // no narrowing or non-initialization is possible

 

在其他情况中（特别是随处可见的使用（）来构造对象），使用花括号{}会更好。使用花括号{}能避免一些潜在的问题：你不会突然得到一个收缩转换(narrowing conversions)后的值(比如，float转换成int),也不会有偶尔突发的未初始化POD成员变量或者数组的存在，也能避免在c++98中会碰到的奇怪事：你的代码编译没问题，你需要的是变量但实际上你声明了一个函数，这都源于C++声明语法的模糊不清，Scott Meyers的著名说法：“C++最令人苦恼的解析”。通过使用新风格的语法上面解析问题会不复存在。

// C++98
rectangle       w( origin(), extents() );   // oops, declares a function, if origin and extents are types
complex<double> c( 2.71828, 3.14159 );
int             a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int>     v;
for( int i = 1; i <= 4; ++i ) v.push_back(i);
 
// C++11
rectangle       w   { origin(), extents() };
complex<double> c   { 2.71828, 3.14159 };
int             a[] { 1, 2, 3, 4 };
vector<int>     v   { 1, 2, 3, 4 };

 

新的{}语法在几乎任何地方都能出色的工作。

// C++98
X::X( /*...*/ ) : mem1(init1), mem2(init2, init3) { /*...*/ }
 
// C++11
X::X( /*...*/ ) : mem1{init1}, mem2{init2, init3} { /*...*/ }

 

最后，有时候传递不带(type-named temporary)的函数参数是很方便的：
void draw_rect( rectangle );
 

// C++98
draw_rect( rectangle( myobj.origin, selection.extents ) );
 
// C++11
draw_rect( { myobj.origin, selection.extents } );

 

我不喜欢使用花括号{}的唯一地方是在初始化一个非POD变量的时候，像 auto x= begin(v);使用花括号会使代码不必要的丑陋，因为我知道了它是一个类类型，所以我不必担心收缩转换，并且现代编译器已经对额外的拷贝（或者额外move，如果类型是move-enabled）进行了优化。