C++11/14/17/20新特性?

Question

C++11/14/17/20新特性：

列举并简要介绍C++11以来的关键新特性，如右值引用、lambda表达式、范围基础循环（range-based for loop）、auto类型推导、decltype关键字、std::initializer_list等。

Answer 1

C++11、C++14、C++17、C++20是C++语言标准的四个重要更新版本，每个版本都引入了许多新特性和改进以增强语言的表达能力、性能、安全性及易用性。以下是对这些版本中一些关键新特性的简要概述：

C++11 (ISO/IEC 14882:2011)

主要新特性包括：

• auto 类型推导：允许编译器根据初始化表达式自动推断变量的类型。

• decltype：一个新的类型说明符，用于获取表达式的类型或声明的类型。

• Lambda 表达式：简化匿名函数的定义，用于编写更简洁的闭包。

• 右值引用 和 移动语义：支持对象资源的高效转移而非复制，减少不必要的开销。

• 智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::weak_ptr）：提供自动内存管理机制，帮助防止内存泄漏。

• 模板别名（using 声明）：简化模板类型的命名和使用。

• 范围基础 for 循环：简化遍历容器和其他可迭代对象的语法。

• constexpr：用于定义能够在编译时计算的函数和变量。

• nullptr：明确的空指针常量，替代 NULL 或 0。

• 强类型枚举（enum class）：提供更安全的枚举类型定义。

• 多线程支持（std::thread、std::mutex、std::condition_variable 等）：内置对并发编程的支持。

• 原子操作（std::atomic）：提供线程安全的原子数据类型和操作。

• 标准库更新：包括 std::unordered_map、std::unordered_set（哈希容器）、std::array（静态数组容器）、std::chrono（时间处理）、std::tuple（元组）等。

C++14 (ISO/IEC 14882:2014)

主要新特性包括：

• 通用lambda捕获：lambda表达式可以通过 [] 捕获任意数量和类型的外部变量。

• 自动返回类型：允许函数体内的 return 语句推断 auto 函数的返回类型。

• 二进制字面量：使用前缀 0b 或 0B 表示二进制整数。

• 数字分隔符：允许在数字中使用下划线 _ 作为视觉分隔。

• 变量模板：模板可以应用于非类型参数，如整数或类型名。

• std::make_unique：创建 std::unique_ptr 的工厂函数，与 std::make_shared 类似。

• std::exchange：交换对象并返回原始值的函数。

• 聚合初始化的扩展：允许对非聚合类进行类似结构体的初始化。

• std::begin 和 std::end 函数模板：为非标准容器提供统一的范围迭代支持。

C++17 (ISO/IEC 14882:2017)

主要新特性包括：

• 结构化绑定（std::tuple、std::pair、struct 等的解包）：通过 auto [x, y, z] = ... 一次性声明并初始化多个变量。

• 折叠表达式：使用 ...（展开运算符）进行元编程和并行计算。

• std::optional：表示可能为空的值，避免使用裸指针或特殊值（如 NULL、-1）表示缺失状态。

• std::variant：可容纳多种类型之一的联合体，提供安全的多类型存储。

• std::any：能够存储任意类型对象的容器，用于需要持有未知类型数据的场景。

• std::string_view：轻量级字符串引用，提供对字符序列的只读访问，无需拷贝。

• 文件系统库（std::filesystem）：提供了操作文件和目录的标准化接口。

• 内联变量：允许在类外定义的变量具有内联链接属性，支持编译时计算。

• if constexpr：编译期条件判断，使模板代码更具可读性。

• 模板参数推导的扩展：允许推导类模板的非类型参数。

• constexpr lambda：允许在 constexpr 上下文中使用 lambda 表达式。

C++20 (ISO/IEC 14882:2020)

主要新特性包括：

• Concepts：提供了一种在编译期检查模板参数是否满足特定要求的机制，增强了泛型编程的表达力和错误消息。

• 模块化（Modules）：改进了程序组织和编译模型，提高了编译速度和保密性。

• 协程（Coroutines）：支持非抢占式协作多任务编程，简化异步编程。

• 三斜杠包含（module:partition）：用于模块间的导入和导出。

• Ranges 库：引入了一系列基于迭代器的视图和算法，简化了集合操作。

• ** spaceship operator** (<=>)：引入了一个三向比较运算符，简化了比较操作的实现。

• Designated initializers：允许在初始化结构或数组时指定成员或元素。

• 初始化器列表推导：简化了创建 std::initializer_list 的过程。

• 字符编码与字面量：引入了 char8_t 类型，以及 UTF-8 字符和字符串字面量。

• std::jthread 和 stop_token：支持线程的优雅停止。

• std::span：表示固定大小的连续元素视图，可以是数组、vector或其他容器的部分或全部。

• std::bit_cast：在位级别上安全地将一个对象转换为另一个对象。

以上只是各版本新特性的一部分，实际内容更为丰富。这些新特性极大地推动了C++语言的发展，使其更加适应现代软件开发的需求，尤其是在性能、安全性、并发性和编程效率方面。随着C++标准的持续演进，后续版本如C++23还会引入更多创新特性。