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C++98中的新語言特性

　　　　“C++11就像一門新的語言?！?– Bjarne Stroustrup

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　　C++11標(biāo)準(zhǔn)推出了很多有用的新特性。本文特別關(guān)注相比C++98更像是一門新語言的那部分特性，因?yàn)椋?/p>

這些特性改變了編寫C++程序使用的代碼風(fēng)格和習(xí)語[TODO]，通常也包括你設(shè)計(jì)C++函數(shù)庫(kù)的方式。例如，你會(huì)看到更多參數(shù)和返回值類型為智能指針(smart pointer)，同時(shí)也會(huì)看到函數(shù)通過值傳遞返回大型對(duì)象

　　你將會(huì)發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)的代碼示例中充斥著新特性的身影。例如，幾乎每5行現(xiàn)代C++代碼示例都會(huì)使用到auto

　　C++11的其他特性也很棒。但是請(qǐng)先熟悉下面這些，正是因?yàn)檫@些特性的廣泛使用使得C++11代碼如同其他現(xiàn)代主流語言一樣整潔、安全和高效，與此同時(shí)保持了C++傳統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)。

　　提示：

與Strunk & White[TODO]一樣，本文只做概要的總結(jié)性指導(dǎo)而不做詳盡基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)分析。詳細(xì)分析請(qǐng)參見其他文章本文會(huì)不斷更新，主要變更及內(nèi)容增加請(qǐng)參見文末變更記錄

　　auto

　　基于以下兩個(gè)原因，盡可能使用auto：首先，使用auto會(huì)避免重復(fù)聲明編譯器已經(jīng)知道的類型。

 
 
 
  
  
  // C++98    
  
  　　map::iterator i = m.begin ;    
  
  　　// C++11    
  
  　　auto i = begin (m);

　　其次，當(dāng)使用未知類型或者類型名稱不易理解時(shí)使auto會(huì)更加便利，例如大多數(shù)的lambda函數(shù)［TODO］——你甚至不能簡(jiǎn)單的拼寫出類型的名字。

 
 
 
  
  
  // C++98    
  
  　　binder2nd< greater > x = bind2nd ( greater， 42 );    
  
  　　// C++11    
  
  　　auto x = (int i) { return i > 42; };

　　需要注意，使用auto并不改變代碼的含義。代碼仍然是靜態(tài)類型［譯注］，每個(gè)表達(dá)式的類型都是清晰和明確的；C++11只是不需要我們重復(fù)聲明類型的名字。一些人剛開始可能會(huì)害怕在這里使用auto，因?yàn)楦杏X好像沒有（重復(fù)）聲明我們需要的類型就意味著會(huì)碰巧得到一個(gè)不同的類型。如果你想要明確地進(jìn)行一次強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，沒有問題，聲明目標(biāo)類型就好了。然而大多數(shù)情況下，只要使用auto就可以了；幾乎不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤地拿到一個(gè)不同類型的情況，即便出現(xiàn)錯(cuò)誤，C++的強(qiáng)靜態(tài)類型系統(tǒng)也會(huì)由編譯器讓你知道這個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)槟阏噲D訪問一個(gè)變量沒有的成員函數(shù)或是錯(cuò)誤地調(diào)用了該函數(shù)。

　　譯注：動(dòng)態(tài)類型語言（dynamic typing language）是指類型檢查發(fā)生在運(yùn)行期間（run-time）的語言。靜態(tài)類型語言（static typing language）是類型檢查發(fā)生在編譯期間（compile-time）的語言。

　　智能指針：無須delete

　　請(qǐng)始終使用標(biāo)準(zhǔn)智能指針以及非占有原始指針(non-owning raw pointer)。絕不要使用占有原生指針(owning raw pointer)和delete操作，除非在實(shí)現(xiàn)你自己的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種少見的情況下（即使在此時(shí)也需要在 class 范圍內(nèi)保持完好的封裝）。如果只能夠知道你是另一個(gè)對(duì)象唯一的所有者，請(qǐng)使用unique_ptr來表示唯一所有權(quán)（TODO)。一個(gè)”new T”表達(dá)式會(huì)馬上初始化另一個(gè)引用它的對(duì)象，通常是一個(gè)unique_ptr。

 
 
 
  
  
  // C++11 Pimpl Idiom    
  
  　　class widget {    
  
  　　widget ;    
  
  　　~widget ;    
  
  　　private:    
  
  　　class impl;    
  
  　　unique_ptr pimpl;    
  
  　　};    
  
  　　// in .cpp file    
  
  　　class impl {    
  
  　　:::    
  
  　　};    
  
  　　widget::widget    
  
  　　: pimpl ( new impl )    
  
  　　{    
  
  　　}    
  
  　　widget::~widget = default;

　　使用shared_ptr來表示共享所有權(quán)。推薦使用make_shared來有效地創(chuàng)建共享對(duì)象。

 
 
 
  
  
  // C++98    
  
  　widget* pw = new widget ;    
  
  　　:::    
  
  　　delete pw;    
  
  　　// C++11    
  
  　auto pw = make_shared;

　　使用 weak_ptr 來退出循環(huán)并且表示可選性（例如，實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)象緩存）

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

　　如果你知道另一個(gè)對(duì)象存在時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)久并且希望跟蹤它，使用一個(gè)（非占有non-owning)原始指針。

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

　　nullptr

　　始終使用nullptr表示一個(gè)null指針值，絕不要使用數(shù)字0或者NULL宏，因?yàn)樗鼈円部梢源硪粋€(gè)整數(shù)或者指針從而產(chǎn)生歧義。

　　Range for

　　基于范圍的循環(huán)使得按順序訪問其中的每個(gè)元素變得非常方便。

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

　　非成員（nonmember） begin 和 end

　　始終使用非成員begin和end，因?yàn)樗强蓴U(kuò)展的并且可以應(yīng)用在所有的容器類型(container type)，不僅僅是遵循了STL風(fēng)格提供了 .begin 和 .end 成員函數(shù)的容器，甚至數(shù)組都可以使用。

　　如果你使用了一個(gè)非STL風(fēng)格的collection類型，雖然提供了迭代但沒有提供STL的 .begin 和 .end ，通?？梢詾檫@個(gè)類型編寫自己的非成員begin和end來進(jìn)行重載。這樣你就可以使用STL容器的編程風(fēng)格來遍歷該類型。C++11標(biāo)準(zhǔn)提供了示例:C數(shù)組就是這樣一個(gè)類型，標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)為數(shù)組提供了begin和end。

 
 
 
  
  
  　vector 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) );

　　Lambda 函數(shù)和算法

　　Lambda[TODO]是決定乾坤的因素，它會(huì)使你編寫的代碼變得更優(yōu)雅、更快速。Lambda使得STL算法的可用性提高了近100倍。新近開發(fā)的C++函數(shù)庫(kù)都是基于lambda可以用的前提（例如，PPL）并且有些函數(shù)庫(kù)甚至要求你編寫lambda來調(diào)用函數(shù)庫(kù)（例如，C++ AMP）

　　下面是一個(gè)快速示例：找到v里面大于x并且小于y的第一個(gè)元素。在C++11中，最簡(jiǎn)單和干凈的代碼就是調(diào)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。

 
 
 
  
  
  　// C++98: write a naked loop (using std::find_if is impractically difficult)    
  
  　　vector::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; } );

　　想要使用C++編寫一個(gè)循環(huán)或者類似的新特性？不用著急；只要編寫一個(gè)模板函數(shù)（template function)(函數(shù)庫(kù)算法），并且?guī)缀蹩梢詫ambda當(dāng)做語言特性來使用，與此同時(shí)會(huì)更加靈活，因?yàn)樗皇枪潭ǖ恼Z言特性而是一個(gè)真正的函數(shù)庫(kù)。

 
 
 
  
  
  　// C#    
  
  　　lock( mut_x ) {    
  
  　　... use x ...    
  
  　　}    
  
  　　// 不使用 lambda 的C++11：已經(jīng)非常簡(jiǎn)潔并且更靈活（例如，可以使用超時(shí)以及其他選項(xiàng)）    
  
  　　{    
  
  　　lock_guard hold ( mut_x );    
  
  　　... use x ...    
  
  　　}    
  
  　　// C++11 with lambdas, and a helper algorithm: C# syntax in C++    
  
  　　// 使用了 lambda 的C++11可以帶一個(gè)輔助算法：在 C++ 中使用 C# 的文法    
  
  　　// Algorithm: template void lock ( T& t, F f ) { lock_guard hold (t); f ; }    
  
  　　lock( mut_x， [&]{    
  
  　　... use x ...    
  
  　　});

　　去熟悉lambda吧。你會(huì)大量使用它，不僅僅在C++中——它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于很多主流的編程語言。一個(gè)開始的好去處請(qǐng)參考我在PDC2010的演講《無處不在的 lambda》

　　Move / &&

　　Move被認(rèn)為是copy的最佳優(yōu)化，盡管它也使得其他事情成為可能比如信息被轉(zhuǎn)發(fā)。

 
 
 
  
  
  // C++98：避免 copy 的替代方法    
  
  　　vector* make_big_vector ; // 選擇1: 返回指針: 沒有拷貝，但不要忘記 delete    
  
  　　:::    
  
  　　vector* result = make_big_vector ;    
  
  　　void make_big_vector ( vector& out ); // 選擇2: 通過引用傳遞: 沒有拷貝，但是調(diào)用者需要傳入一個(gè)有名對(duì)象    
  
  　　:::    
  
  　　vector result;    
  
  　　make_big_vector ( result );    
  
  　　// C++11: move    
  
  　　vector make_big_vector ; // 通常對(duì)于”被調(diào)用者(callee)分配的空間“也適用    
  
  　　:::    
  
  　　vector result = make_big_vector ;

　　Move語法改變了我們?cè)O(shè)計(jì)API的方式。我們可以更多地設(shè)計(jì)通過值傳遞。為你的類型啟用move語法，使用時(shí)會(huì)比copy更有效。

　　更多變化

　　還有更多現(xiàn)代C++的特性。并且我計(jì)劃在未來編寫更多深入C++11新特性以及其他特性的短文，我們會(huì)知道更多并且喜歡上它。

　　但目前，這是必須知道的新特性。這些特性組成了現(xiàn)代C++風(fēng)格的核心，使得C++代碼看起來和執(zhí)行時(shí)像他們?cè)O(shè)計(jì)的那樣，你將會(huì)看到這些特性會(huì)出現(xiàn)在幾乎每一段你看到或者編寫的現(xiàn)代C++代碼中。并且它們使得現(xiàn)代C++更加干凈、安全且快速，使得C++在未來的若干年仍然是我們產(chǎn)業(yè)的依靠。

　　主要變更

　　2011-10-30:為L(zhǎng)ambda增加C#lock示例。重新組織智能指針首先介紹unique_prt。

當(dāng)前文章：C++98中的新語言特性
文章來源：http://m.fisionsoft.com.cn/article/ccscpoh.html

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