【C++11入门】新特性总结大全-Part2

【C++11入门】新特性总结大全-Part1-CSDN博客

上一篇我们提了一些我们常用但你可能不知道是C++11标准的一些特性。本节开始对上一节的内容进行一定的延伸。

1.auto与decltype

我们知道auto可以代替一些数据类型对变量进行定义，根据初始值自动给出最适数据类型。有时我们会遇到这样的情况：希望从表达式的类型推断出要定义的变量的类型，但是不详用该表达式的值来初始化变量。为了满足这一要求，C++11新标准引入了auto外的第二种类型说明符decltype。

它的作用是选择并返回操作数的数据类型。在此过程中，编译器分析表达式并得到他的类型。却不实际计算表达式的值：

decltype(expression) variable;

其中 decltype后面的表达式可以是变量、函数、普通表达式。

T func(){/**/};

int a = 5;
double b = 3.14;

decltype(a) cp_I;//cp_I 是a的类型int
decltype(a*b) cp_D;//cp_D 是a*b的结果的类型double类型
decltype(func()) cp_T//cp_T 是 func()的返回值类型 T 类型。

在此之前我们有一个typeid().name();它可以将类型推断出来然后使用name()返回类型的字符串形式，但是它无法作为类型说明符对变量进行定义等操作。所以decltype的引入，带来了极大的方便。

delctype与引用

下面给出decltype与引用的专题讲解：

①decltype处理顶层const和引用的方式和auto有所不同，如果decltype使用的表达式是一个变量，则decltype返回该变量的类型，包括顶层const和引用在内：

const int ci=0, &cj =ci;
decltype(ci) x=0;//x的类型就是const int
decltype(cj) y=x;//y的类型就是const int&，y绑定到变量x
decltype(cj) z;  //err,z是一个引用，必须初始化。

因为cj是一个引用，decltype(cj)的结果就是引用类型。需要指出的是：引用从来都是作为其所指对象的同义词出现，只有用在decltype处是一个例外。 

有些表达式向decltype返回一个引用类型。一般来说当这种情况发生时，意味着该表达式的结果对象能作为一条赋值语句的左值：

int i=42, *p=&i, &r=i;
decltype(r+0) b;//正确：加法的结果是int 因此b是一个未初始化的int
decltype(*p) c;//错误，c是int& ，必须初始化

②因为r是一个引用，因此decltype(r)是一个引用类型。如果想结果是r所指的类型，可以把r作为表达式的一部分，如r+0，显然这个表达式的结果是一个int类型的具体值，而非一个引用。

③另一方面，如果表达式的内容是解引用操作，则decltype将得到引用类型。正如我们所熟悉的那样，解引用指针可以得到指针所指的对象，而且还能给这个对象赋值。因此，decltype(*p)的结果类型是int&，而非int。

④最后一点重要说明：decltype与auto的另一处重要区别是，decltype的结果类型与表达式形式密切相关。有一种情况需要特别注意：对于decltype所用的表达式来说，如果变量名加上了一对括号，则得到的类型与不加括号时会有不同。如果decltype使用的是一个不加括号的变量，则的打斗二结果就是该变量的类型；如果加上了一层或多层括号，编译器会把他当成一个表达式。变量是一种可以作为赋值语句左值的特殊表达式，所以这样decltype就会得到引用类型：

int i=l;
decltype(i) e;//e是一个未初始化的int变量
decltype((i)) d;//err，d是int&，必须初始化

总结： 

decltype(xxxx)推到结果是引用的情况

①xxxx是解引用，例如xxxx <- *p。

②xxxx是引用，例如int r&=i; xxxx <- r。

③xxxx是括号括起来的变量，例如，int i=0;xxxx <- (i)。

 decltype 是一个强大的工具，可以帮助开发者在不显式地写出类型的情况下，获取变量或表达式的类型。它在模板编程和泛型编程中特别有用，因为它允许编译器根据上下文自动推导类型。

2.列表初始化 与 initializer_list

在C++中，列表初始化和std::initializer_list是两个相关但不同的概念。下面是对它们的详细解释：

列表初始化

列表初始化是C++11引入的一种新的初始化方式。它使用花括号 {} 来初始化对象，可以用于基本数据类型、用户定义类型（如类和结构体）以及容器等。列表初始化具有以下特点：

直接初始化：可以使用花括号直接初始化变量。

int x{42};          // 列表初始化  
vector<int> vec{1, 2, 3}; // 初始化一个 vector

 避免窄化：列表初始化不允许从较大类型转换为较小类型（窄化）。

double d{3};      // 合法  
int i{3.14};      // 错误，窄化初始化

结构体和类：可以用来初始化结构体和类的成员。

struct Point { int x; int y; };  
Point p{1, 2}; // 初始化结构体

std::initializer_list

std::initializer_list 是一个用于支持列表初始化的类型，允许将一组元素传递给构造函数或函数。这种类型提供了便利，特别是在接收多个参数时。例如：

构造函数：

class MyClass {  
public:  
    MyClass(std::initializer_list<int> list) {  
        // 可以使用 list 来处理初始化数据  
    }  
};  
MyClass obj{1, 2, 3}; // 使用 std::initializer_list 来初始化

 访问元素：std::initializer_list 提供了 begin() 和 end() 方法，使得可以使用范围基于的循环等操作。

void printList(std::initializer_list<int> list) {  
    for (int value : list) {  
        std::cout << value << " ";  
    }  
}  
printList({1, 2, 3, 4}); // 可以直接传入 initializer_list

总结：

1.列表初始化 通过花括号 {} 语法来初始化对象，具有避免窄化等特性。

2.std::initializer_list 是一种特殊的类型，允许构造函数或函数接收一组初始化数据，背后实际上利用了列表初始化的特性。

3.这两者可以结合使用。例如，使用std::initializer_list作为参数的构造函数能够方便地接收列表初始化中的多个元素。

3.const 与 constexpr

const本身不属于C++11的新特性，但其延伸而来的constexpr标识符是C++11的重要特性。所以本节我们可能以const为对比，但着重谈后者。

在C++11中，引入了constexpr关键字，该关键字用于指示某个函数或变量可以在编译时进行求值。这是为了提高性能和代码优化，尤其是在需要常量表达式的上下文中。下面是对constexpr的详细解释：

常量表达式：

constexpr可以用于定义常量表达式，这意味着表达式在编译时就被计算出来，而不需要在运行时计算。

constexpr int square(int x) {  
    return x * x;  
}  

constexpr int result = square(5); // 在编译时计算，result 会被初始化为 25

 变量：

constexpr 也可以用于变量的定义，确保该变量在编译时具有常量值。

constexpr int max_value = 100; // max_value 是一个编译时常量

类成员函数：

C++11 允许在类中定义 constexpr 成员函数，使得可以在编译时使用这些函数。注意，constexpr成员函数必须只包含一个返回语句的表达式。

class Point {  
public:  
    constexpr Point(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}  
    constexpr int getX() const { return x_; }  
    constexpr int getY() const { return y_; }  
private:  
    int x_, y_;  
};  

constexpr Point p(1, 2);  
constexpr int x = p.getX(); // x 在编译时就会被计算

注意事项：

• 限制：在C++11中，constexpr函数的内容有限制，只能是具有单一 return 语句的简单表达式。不能有条件语句或循环（这些在C++14及以后可以使用）。

• 使用场景：在需要在编译时已知常量值的情况下，constexpr非常有用，如数组大小、模板参数等。

• 稳定性和优化：使用constexpr可以提高代码的稳定性和性能，因为编译器能够在编译时进行优化。

C++14和C++17的改进：在C++14及以后的版本中，constexpr的功能进行了扩展，使得可以在更复杂的上下文中使用，比如支持条件语句、循环等，使得constexpr函数的能力大大增强。

#include <iostream>  

constexpr int factorial(int n) {  
    return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);  
}  

int main() {  
    constexpr int fact5 = factorial(5); // 计算 5! 在编译时  
    std::cout << "5! = " << fact5 << std::endl; // 输出 5! = 120  
    return 0;  
}

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