C++ 各标准的新特性

C++ 各标准的新特性：详细解释和示例

C++ 标准从 C++98 到 C++20 引入了很多重要的新特性。为了方便理解和查找，我将 C++ 各个版本（C++11、C++14、C++17、C++20）的主要新特性列出。

C++ 标准的新特性概览

C++11 新特性详细解释与示例

1. 自动类型推断（auto）

   • auto 让编译器根据表达式的类型自动推断变量的类型，避免显式声明。

   示例：

   auto x = 5;   // x 推断为 int
   auto y = 3.14; // y 推断为 double
   

2. 范围-based for 循环

   • 通过 range-based for 循环简化容器遍历。

   示例：

   std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4};
   for (auto n : nums) {
       std::cout << n << " ";  // 输出：1 2 3 4
   }
   

3. Lambda 表达式

   • 可以定义匿名函数，尤其在处理短小的函数时非常方便。

   示例：

   std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4};
   std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [](int n) {
       std::cout << n << " ";  // 输出：1 2 3 4
   });
   

4. 右值引用和移动语义

   • 引入了右值引用，使得对象的移动变得可能，提升了性能，避免了不必要的拷贝。

   示例：

   std::vector<int> createVector() {
       return std::vector<int>{1, 2, 3};  // 使用移动语义，避免拷贝
   }
   

5. constexpr

   • constexpr 函数在编译时求值，允许在编译阶段执行一些计算，提升效率。

   示例：

   constexpr int square(int x) {
       return x * x;
   }
   int arr[square(3)];  // 在编译时计算 9
   

C++14 新特性详细解释与示例

1. std::make_unique

   • std::make_unique 是一种创建 unique_ptr 的安全方法。

   示例：

   std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(10); // 创建并初始化
   

2. Lambda 表达式的泛型支持

   • C++14 允许 Lambda 表达式使用 auto 关键字来推断参数类型。

   示例：

   auto add = [](auto a, auto b) { return a + b; };
   std::cout << add(1, 2) << std::endl;  // 输出：3
   std::cout << add(1.1, 2.2) << std::endl;  // 输出：3.3
   

C++17 新特性详细解释与示例

1. std::optional

   • std::optional 表示一个可能包含值的对象，适用于返回可能失败的操作结果。

   示例：

   std::optional<int> divide(int x, int y) {
       if (y == 0) return std::nullopt;  // 返回空值
       return x / y;
   }
   

2. 结构化绑定声明

   • 允许一次性解构多个值（如从 std::pair 或 std::tuple 中提取）。

   示例：

   std::pair<int, double> p = {10, 3.14};
   auto [x, y] = p;  // x = 10, y = 3.14
   

3. std::filesystem

   • C++17 引入了标准库中的文件系统支持，可以更方便地进行文件操作。

   示例：

   #include <filesystem>
   namespace fs = std::filesystem;
   for (const auto& entry : fs::directory_iterator("/path/to/dir")) {
       std::cout << entry.path() << std::endl;
   }
   

C++20 新特性详细解释与示例

1. 模块（modules）

   • 模块可以减少头文件的编译时间，提高构建效率。

   示例（C++20 模块声明）：

   export module my_module;   // 模块声明
   export int add(int a, int b) { return a + b; }
   

2. 概念（Concepts）

   • Concepts 用于限制模板类型，可以使模板代码更加健壮和可读。

   示例：

   template <typename T>
   concept Addable = requires(T a, T b) {
       { a + b } -> std::same_as<T>;
   };
   
   template <Addable T>
   T add(T a, T b) {
       return a + b;
   }
   

3. 协程（coroutines）

   • 协程支持简化异步编程，允许你以同步的方式编写异步代码。

   示例：

   #include <coroutine>
   #include <iostream>
   
   std::coroutine_handle<> handle;
   
   std::string async_func() {
       co_return "Hello from coroutine";
   }
   
   int main() {
       auto result = async_func();
       std::cout << result << std::endl;  // 输出："Hello from coroutine"
   }
   

4. std::ranges

   • ranges 提供了对容器和序列的更简便的操作方式，避免了手动使用迭代器。

   示例：

   #include <ranges>
   std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
   auto result = v | std::ranges::transform([](int n) { return n * 2; });
   for (auto& n : result) {
       std::cout << n << " ";  // 输出：2 4 6 8
   }
   

总结

| C++17 | std::optional、结构化绑定声明、std::filesystem |
| C++20 | 模块、概念、协程、std::ranges |

每个新标准引入的新特性都增强了 C++ 的表达能力和编程效率，通过这些新特性，可以更加高效、安全和简洁地编写 C++ 代码。